Текст
                    «РЕМОНТ» No1 50 1
Д.А. Соснин
АВТОТРОНИКА
электрооборуаование и системы оортовой
автоматики современных легковых автомобилей
Учебное
пособие
Современное
электрооборудование
Системы впрыска
бензина
Электронное
управление двигателем
Автоматика
гидротормозов
икпп
Противоугонная
защита
Цветные
рисунки и
схемы!
ссСОЛОН-Р»


Московский rосударственный автомобильно-дорожный институт (технический университет) 13 декабря 1930 года постановлением Совета Народных Комиссаров СССР на базе автодорожного факультета Московского института инженеров транспорта был создан Московский автомобильно-дорожный институт (МАДИ). Уже в 1931 году институт выпустил 36 инженеров-дорожников высокой квалификации. В 1940 году МАДИ окон­ чили 350 человек. которые получили дипломы не только по дорожно-строительной специальности. но и по ремонту и эксплуатации автомобилей. Так сложился основной профиль института автомобильно-дорожный. В 1992 году Московский автомобильно-дорожный институт получил статус Государственного технического уни­ верситета и встал в один ряд с такими крупнейшими московскими вузами. как МГТУ им. Баумана, Московский энер­ гетический институт (МЭИ). Московский авиационный институт (МАИ) - тоже теперь техническими университетами. В наши дни МАДИ(ТУ) - это ведущий учебный и научно-методический центр по подготовке высококвалифици­ рованных инженеров и ученых для нужд автомобильного транспорта. для дорожного. мостового и аэродромного строительства. для ряда новых автомобильно-дорожных отраслей. зародившихся в условиях рыночной экономики. Институт выпускает инженеров-механиков и электромехаников. инженеров-экономистов и системотехников, ин­ женеров по эксплуатации и ремонту автотранспорта. инженеров по организации и безопасности дорожного движе­ ния. программистов и других специалистов по 21-ой современной специальности. готовит офицеров в резерв для Российской армии. При желании студенты старших курсов могут получить начальную научную подготовку бакалав- ра. по окончании института защитить диссертацию на степень магистра. \ Подrотовка специалистов ведется по дневной. вечерней. а с 2000-го года. и по заочной формам обучения. На 6а­ 'з" (ТУ) создан Московский центр автомобильно-дорожного образования (МЦАДО). в который входят 44 wкo­ flЫ, 4 лицея, 3 колледжа и 1 гимназия. МЦАДО осуществляет довузовскую подготовку учащ -.,.,осквы и Москов- ой области с.;- Сегодня в т1о1туn. обучается около 8000 студентов. В их распоряжени1< 15 факультеrо!!. :i~ кафедр, 6 филиа- ссии, за­ а, учеб- Профессорск(Н]реподавательск1о1й и научный коллектив институrе последнме 18 лет возглавлялся рентоР:,м ин- ст ута, чл-.>ррес"611д~ Россмйскоi'4 академнt"t наук, ДОК'! аром технических наук, п м Ва11 ном !<Олаевичем Луканиным. 13 марта 2001 года институт отметил его 70-летие. 22 мая сего года сосюялм вы­ боры нового ректора МАДИ (ТУ). Им был избран президент Российского мониторингового комитета по инженерной педагог~. первый вице-прези,цент Ассоцоtации инженерного обраЭования России, лауреат премии Преэид та Рос­ сийской Федерации. доктор технических наук. про~ссор Вячеслав Мttхаwювич Приходько. В МАДИ(ТУ) работают 1140 ученых и педагогов высокой ~фикациtk.-Средн них 3 члена-ко спондента РАН, 44 академ о-фаслевых российских академий, 28 заслуженных деятелей науки РФ, 16 r торов наук. 516 доц 4'>ов и кl!llдидатов наук, 212 ассистентов и преподавателей. Учеб спомогательный и админи- стративно-хозяйственн~р1.. ал и~ктитута - 815 человек. Для подготовки научных и дагогических t\адР.9В в МАДИ(ТУ) имeitJtcя: 9 овских НИИ, 7 научных отделений, оч- ная и заочная аспирантура. Руков 1ными тами и ас: а...тами оС)'Щеетвляют ведущие ученые, профессо- ра и заведующие кафедрами института. Факуflьте м и объединен "1м советом института дано право принимать к за- щите кандидатские и докторские диссертации. Имеется возможность для завершения научной работы в докторантуре. Для повышения квалификации сотрудников автотранспортных и дорожно-строительных предприятий. а также для преподавателей высших и средних учебных заведений автомобильно-дорожного профиля при МАДИ(ТУ) открыт Институт повышения квалификации. ИПК при МАДИ(ТУ) окончило более 6500 человек. За прошедшие 70 лет в МАДИ(ТУ) подготовлено свыше 50000 инженеров, 1700 кандидатов и 240 докторов на­ ук. Среди них есть широко известные имена. В прошлом это: замнаркома автотранспорта РСФСР С.П. Артемьев, ми­ нистр автомобильной промышленности СССР В.Н. Поляков. министр автомобильных дорог РСФСР А. А. Николаев, ректор МАДИ Л.Л. Афанасьев и многие, многие другие. Все они в разные годы окончили МАДИ. Выпускником МА­ ДИ является и нынешний руководитель Российского правительства премьер-министр М.М. Касьянов. В МАДИ(ТУ) подготовлено 2500 специалистов, 130 кандидатов и 15 докторов наук для 70-ти зарубежных стран. Вступив в свой 71-ый год плодотворной работы, который совпадает с первым годом нового тысячелетия ректо­ рат, профессорско-преподавательский, учебно-вспомогательный и административно-хозяйственный персонал МА­ ДИ(ТУ) смотрит в будущее с оптимизмом: в трудные годы перестройки, на переломе людских судеб коллектив ин­ ститута продолжал трудиться, сохранил свой потенциал и своих студентов. Сегодня как и прежде говорят: «Учиться в МАДИ престижно и интересно. Мадиец - это звучит достойно&. 70-ти летняя история МАДИ(ТУ) - тому свидетель. На правах рекламы
Д.А.Соснин АВТОТРОНИКА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ И СИСТЕМЫ БОРТОВОЙ АВТОМАТИКИ СОВРЕМЕННЫХ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ Учебное пособие специалисту по ремонту и владельцам автомобилей СОЛОН-Р Москва 2001
~/ \, )'j ·~, .В\' \11•···. 1.1... . \( '\I , i,~.~; \1 "' - _ ,, '4. 1930- 2000 / '/ ~-..... L.L ..- -~~ L- УДК629.113.066 БЕiК 39.33-04 СоснинД.А. Посвящается 70-летию МАДИ(ТУ) Автоtр0ника. Эпектрооборудоваtме и СИС:ТеtАI бортовой автоматики совреt.18t*1ЫХ пеrковых автомобилей: Учебное пособие. М.: СОЛОН-Р, 2001, 272 с.. В учебном rюсобии в популярной форме изложены основные сведения о конструктивных особенностях, принципах действия, эксплуатационных характеристиках электрооборудования и систем борrовой автоматики современных легковых автомобилей. Описаны составные 11омnоненты систем, диаnюстирование и ремонт некоторых из них. Учебное пособие написано по конспекту лекций, читаемых автором для студентов старших курсов автотранспортного ф311Ультета МАДИ (ТУ) в рамках элективной дисциплины "Электрическое и электронное оборудование импортных автомобилей". Однако, книга ориентирована не только на вузовскую аудиторию, но и на самостоятельное изучение новой ав10Мобильной техники как специалистами по ремонту современных леrковых автомобилей, так и ремонтниками-автолюбителями. Может быть полезна студентам технических ВУЗов, слушателям автомобильных колледжей, учащимся старших классов средней школы. Цв. ил. 239. Табл. 31. Библиоrр.: 21 назв. Рецензент: Консультант: д-р техн. наук, профессор Воробьев В. А. МитинВ.А ISBN 5-93455-087-Х © Соснин Д. А., 2001, ИЛЛIОС1р3ЦИИ авторские © Издательство "СОЛОН-Р", 2001 КомГ1.ЮТерная графика, версn1а и обложка.
Предисловие Дмитрий Александрович Соснин родился в 1935 го­ ду в Ростове-на-Дону. Учился в Ленинградской Воен­ ной Краснознаменной инженерной академии связи (ВКИАС) им. С.М. Буденного. После увольнения в за­ пас окончил Московский электротехнический ин­ ститут связи (МЭИС). Работал в радиопромышлен­ ности. Принимал участие в разработках и испыта­ ниях электронных систем управления для специаль­ ной военной техники. Мастер спорта и тренер по ав­ тоспорту. В настоящее время высококвалифициро­ ванный преподаватель высшей школы. Доктор элек­ тротехники. Разработал и внедрил в учебный про­ цесс новую техническую дисциплину "Автотроника" в Московском автомобильно-дорожном институ­ те (техническом университете), в Московском учеб­ ном центре Департамента труда и занятости Пра­ вительства Москвы, на Автопредприятии No 1 при Управлении делами Президента РФ. Член редакцион­ ной коллегии научно-технического журнала "Ремонт и Сервис" - коллективного члена Академии электро­ техничсеких наук Российской Федерации. ПРЕДИСЛОВИЕ Современная наука об автомобильном бортовом оборудовании развивается в двух направлениях: в направлении поиска способов улучшения парамет­ ров и характеристик существующих устройств, сис· тем, аппаратов и приборов; в направлении разработ­ ки новых функциональных узлов, систем и блоков для нужд автоматизации и механизаuии рабочих проuес· сов на автомобиле. Так, на базе научных исследований за короткий исторический срок реализовано кардинальное усо­ вершенствование классического электрооборудова­ ния, а также создан uелый ряд совершенно нетради­ uионных для автомобиля бортовых систем автомати­ ческого управления . Это стало возможным благодаря достижениям в об­ ласти полупроводниковой и микроэлектронной техноло­ гии изготовления электросхем, которые составляют не­ малую часть автомобильного бортового оборудования. • Теперь автомобили оснащаются не электрокон­ тактными (батарейными). а чисто электронными Сие· темами зажигания. Автомобильная бортовая система электроснабжения оборудуется генератором много­ фазного переменного тока с мощным полупроводни­ ковым выпрямителем и с интегральным регулятором напряжения. Электростартер автомобиля также зна­ чительно видоизменился. Самым ~консервативным" компонентом в составе классического электрообору- дования остается бортовая аккумуляторная батарея. Но и здесь есть новые наработки. Изменился дизайн, повысилась эффективность наружной световой тех­ ники. Основные технические достижения, внедрен­ ные в устройства классического электрооборудова­ ния, подробно рассматриваются в главах 1 ••. 12. Наряду с усовершенствованием известных борто­ вых устройств разработаны и в настоящее время все более широко применяются совершенно новые сие· темы бортовой автоматики, основные из которых следующие: системы впрыска топлива для бензино­ вых двигателей; микропроuессорные системы зажи­ гания; системы очистки выхлопных отработавших га­ зов; системы антиблокировки гидравлических тормо­ зов; системы вспомогательной механизации в уст· ройствах комфортного назначения. • Совокупность систем автомобильной бортовой автоматики получила наименование ~Автотронное оборудование". Автотронное оборудование изучается в рамках новой учебной дисциплины ~Аетотроника", которая теперь преподается в технических вузах и в ряде средних спеuиальных учебных заведений. В отличие от электрического и электронного, ав­ тотронное оборудование по основному (физическо­ му) принuипу действия не классифицируется. Напри­ мер, нельзя говорить ~электрическое автотронное оборудование" или ~гидравлическое автотронное 3
ПредмсАОвие оборудование", так как термин ·автотРонное" - зто синоним таких обобщающих определений, как ·ком­ биниРованное" или ·комплексное". Автотронное оборудование автомобиля состоит из отдельных автотРонных систем, которые в свою очередь состоят из отдельных составных частей (компонентов). АвтотРонные системы принято классифициРовать по основной исполнительной функции. Например: ав­ тотронная система впрыска топлива; автотРонная си­ стема антиблокировки тормозов; автотронная систе­ ма очистки выхлопных отработавших газов и т.д. Компонентами автоТронных систем могут являть­ ся самые разнообразные технические устройства, отличающиеся друг от друга как по принципу дейст­ вия, так и по конструктивному исполнению. Это могут быть и электрические, и электронные, и злектРонно­ вычислительные, и механические, и пневматичес­ кие, и гидравлические, и любые другие технические изделия, способные выполнять соответствующие функции автоТРонной системы. АвтоТРонные системы имеют одно общее свойст­ во - они управляют неЭ11ектрическими пРоцессами, но сами управляются от электронной автоматики, при этом первичными источниками управляющих сигна­ лов являются человек (водитель), программа, зало­ женная в Э/\ектРонную память, и входные незлектри­ ческие воздействия. каждая автотРонная система имеет широко раз­ ветвленную периферию и ЗЛеt<ТРоННО-ВЫЧИСЛИТель­ НЫЙ блок управления с постоянной и оперативной па­ мятью - бортовой компьютер. Для согласования входной периферии с компьютеРоМ и компьютера с выходной периферией применяется интерфейсная (соединительная) подсистема. Из сказанного ясно, что автоТРоНная система - зто бортовой комбиниРованный комплекс автоматиче­ ского управления, включающий в свой состав различ­ ные техничеа<ие устройства. которые соединены в единое целое с целью выполнения конкретного незле­ ктрического действия. например, автоТРонная систе­ ма впрыска топлива - зто не только электронный блок управления впрыском, и не только электрическая схе­ ма соединен"'1, но и входные датчики, работающие от незлектрических сигналов первичных задатчиков; зто и сами незлекrрические задатчи1<И с механическими соединителями; зто выходные исполнительные устрой­ ства незлектрического принципа действия, например форсунки впрыска, а также все гидравлические и пневматические клапаны системы; зто и механическое устройство привода дроссельной заслонки при работе двигателя на хоюстом ходу. в автоТРонной системе впрыска с электронным управлением Э11екtриЧеские сигналы (как на входе, так и на выходе) выполняют РоЛЬ промежуточных (опосредованных) носителей ин­ формацvи для незлектрических устройств (внешней пе­ риферии). При этом сама незлектрическая периферия выполняет основные функции автоТРонной системы впрыска: дозирование количества впрыскиваемого бензина при изменении незлектрических парамеrров двигателя или под воздействием водительской педали газа. Описанию автотронных систем и их составных компонентов посвящены главы 13...27. В приложении рассмотрен двигатель внутренне­ го сгорания как объект автоматического управления. Это позволит читателю легко ориентироваться в сложных вопРосах взаимосвязи силового агрегата автомобиля с бортовыми автОfРонными системами. Книга написана по конспекту лекций, читае­ мых автором для студентов Московского автомо­ бильно-дорожного института (Технического универ­ ситета) и в ряде других учебных заведений. Но из· ложение материала в данной книге ориентировано не только на вузовскую аудиторию, но и на само­ стоятельное изучение новой автомобильной техни­ ки и специалистами по ремонту современных лег­ ковых автомобилей, и ремонтниками-автомобилис­ тами. В качестве дополнительной учебной литера­ туры книга будет полезна студентам технических вузов . Она будет интересна также слушателям ав­ томобильных комеджей, любознательным учащим­ ся средней школы, владельцам импортных и совре­ менных отечественных легковых автомобилей. Сло­ вом, такая книга - зто подспорье каждому, кто за­ хочет познать все то новое, чем оборудован совре­ менный легковой автомобиль. В работе над учебным пособием автор учел за­ мечания и полезные советы кандидатов технических нау~< Фещенко А . И. и Попова О.Ю. (преподаватели МДДИ-ТУ), ведущего специалиста по •двтотронике" Московского учебного центра ктиз Правительства Москвы Триодина Н.П., начальника технического от­ дела Автопредприятия No 1 при Управлении делами Президента РФ Быкова В.И . , научного консультанта журнала "Ремонт и Сервис" Митина В.А. Всем пере­ численным коллегам автор выражает глубокую при­ знательность за сотрудничество. особая благодарность рецензенту книги, заведу­ ющему кафедрой "Автоматизация ПРоизводствен­ ных процессов" МДДИ-ТУ, доктору технических наук, профессору Воробьеву В. А. за пРочтение и принци­ пиальные исправления рукописи книги. Noдtuпелктво "COllOH-P" пол11z11ет, что yrte611oe пособие "Автотро11111и1", н1111ис11нное опыт­ ным преnод11tиm1елем техниvесJUНО университета, выювет шиpoltllii rtum11meлккuii интерес, кок у специ11Аистов по ремо11ту 11втомо6шеii, т11к и у 11втtмЮ6ителеii. "СОЛОН-Р" 4
=Введение ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ АВТОМОБИЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ Современный легковой автомобнм. состоит нз четырех основных аrрвrатов: АВНrателя, нузова, шасси н хоАОВОН части. Этн аrреrаты о6еспечивают ВЬ11ЮN1еННВ rлавной фующни леrновоrо авто­ NО6нля - перевозк.у пассажиров. Но .для тоrо, что6ы перевозка была 6езопасной н номфортной, а основные arperaтw работали 6езотназно, автонобнм. оснащен достатО'IНо 6ольшим чнслом ~ ftfЬIX разноо6ра31М>1Х устройств, ноторые принято назwвап. борrовым оборудованием. Во введеннн рассматрнваются общие сведення об автоt«Юнм.ноt.t оборудованнн н Tel#AeflllНH ero развнтня В.1. Предварительные замечания Бортовое оборудование по функциональному на­ значению и по месту, которое оно занимает, можно подразделить на комфортное (внутреннее оборудо­ вание кузова), навесное (оборудование двигателя) и функциональное (оборудование кузова, шасси и хо­ довой части). По принципу действия и устройству бортовое обо­ рудование может быть механическим, пневматичес­ ким, rидрав11Ическим, З11ектрическим, Эl\еКТронным и автотронным. По выпо11Няемым функциям устройства, входящие в состав автомобильного бортового оборудования, исключительно разнообразны. Работа многих из них связана с необход1о1мостью использования какого-1\И­ бо вида энергии. Самым удобным видом энергии д/1Я применения на борту автомобиля является электри­ ческая энергия. Поэтому значительная часть борто­ вого оборудования относится к электрооборудова­ нию автомобиля. • Для обеспечения Эl\еКТроэнергией автомобиль оснащен автономной борtовой электроэнергетичес­ кой системой, которую принято называть системой З/\ектроснабжения. В эту систему входят: борtовая аккумуляторная батарея, электрогенератор, а также подсистема соединительных проводов с моноблоком предохранитемй и набором коммутационных уст­ ройств. Таким образом, эта система представляет собой З11ектрическую борtовую сеть. • Второй ЗllеКТроэнергетической частью бортового оборудования является система элекtроетартерного пуска двигателя внутреннего сгорания. В эту систему входят: старtерный электродвигатель, механическая подсистема передачи враwения от электродвигателя к двиrателю внутреннего сгорания. стартерная аккуму­ ляторная батарея, подсистема управления стартером и больwеточные соединительные электропровода. • В электрооборудование автомобиля входит так­ же система мектроискрового зажигания (если на ав- томобиле установлен бензиновый двигатель), которая преобразует энергию постоянного тока бортовой се­ ти в импульсное напряжение высоковольтного искро­ вого разряда на свечах зажигания. • Перечисленные электротехнические устройства принято относить к навесному оборудованию двигате­ ля, так как все они (кроме аккумуляторной батареи) установлены на двигателе. К навесному оборудова­ нию относятся также некоторые устройства системы топливного питания, например карбюратор с воздуш­ ным фильтром или фОрсунки впрыска топлива, а так­ же подсистема выпуска отработавших газов. К комфортному оборудованию кузова относят подсистему З/\екtроподогрева сидений; внутреннее освещение и отопление; вентиляцию и к0Нд1о1uиони­ рование; мектроприводы стеклоподъемников, люка на крыше, радиоантенны; центральный замок две­ рей; прикуриватели; средства противоаварийной за­ щиты водителя и пассажиров, а также все средства теле-аудио-видео-радио и телефОнной техники. В ком­ фОртное оборудование включают также и противо­ угонные устройства . Третьей группой бортового оборудования авто­ мобиля является так называемое функциональное оборудование. По отношению к кузову q>ункциональ­ ное оборудование - это все устройства наружного освещения и сигнализации, наружные зеркала, ос­ текление кузова, стеклоочистители и стеклоомывате­ ли, бампера, моддинги и прочее. Из этой группы в электрооборудование включают систему наружного освещения, приборы наружной световой и звуковой сигнализации, а также ЗllеКТропривод и электроподо­ грев наружных зеркал заднего вида. Внутри кузова к функциональному электрообору­ дованию относятся конТрольно-измерительные при­ боры, водительский пульт управления, внутренняя световая и звуковая сигнализация. • почтн все yr:тpoiiCJвa llDМфoprнoro обору- А11Я завода. вы­ пусхающеrо ~ ЯВАЯЮТСЯ tlОН)'ПНЬIМН- Н при р;» смоrреннн 6oproвoro ООоруАОВВННЯ. /U1К "'811""°· не опнсываются. 5
• Немалая часть функционального оборудования }'СТановl\еНЗ на шасси и на ходовой части автомоби- 1\Я. Здесь }'СТрОйс"JВа функuионального оборудования в основном механического или гидромеханического принципа действия. Прежде эти устройства рассмат­ ривались как составные части механических агрега­ тов и никакой автоматикой не оснащались. Но в по­ следние годы чисто механические устройства (короб­ ка переtWОЧения передач, гидрав11Ические тормоза, подвеска автомобиля) автоматизируются с примене­ нием электронного управления. Появились совер­ шенно новые устройства и системы, созданные с ис­ nо11ЬЗованием всех известных (электрических и не­ электрических) способов и средств автоматизации. Такие устройства и системы теперь яв11Я1Отся неоть­ еw.емой составной частью общего комплекса авто­ матизированного бортового оборудования и назьаэа­ ются автотронными. 8.2 . Кnассификачия автомоСSиnьноrо СSортовоrо о6орудовенмя no nокопениям Развитие автомобильного бортового оборудова­ ния идет по двум направлениям: по пути да/\Ьнейше­ го совершенствования существующих и по пути кон­ струирования и построения совершенно новых элек­ трических, электронных и автотронных устройств. • Усовершенс1В00анио подлежит та~< назьlЭЗеМОе классическое• электрооборудование, которое теперЬ относят к электрооборудованию первого поколения. Вторым поколением принято считать электричес­ кие узлы, блоки и системы, в которых широко исполь­ зуется дискретная электрожая схемотехника на по­ лупроводниковых приборах. Начало развития второго поколения приходится на 50-е годы ХХ века. когда бортовая комплекта­ ция автомобиllЯ электрическими устройствами ста­ ла заметно расширяться. Появи11Ись самые разно­ образные электротехнические средства дополни­ тельной бортовой механизации: электрозеркала, электроантенны. электрические стеклоподъемни­ ки, электролюки, электроустановка и электроподо­ грев сидений, электровенТИ11Яторы , кондиционеры и т.п. Управление электросхемами и электроприво­ дами этих устройств потребовало применения в электрических схемах автомобиля значительного количества электромагнитных реле и полупровод­ никовых приборов, которые к этому времени уже выпускались серийно. Так на борту автомобиля ста11И применяться средства электроавтоматики и электроники. • Кltасс~и прннято называть rакие JЦДеАlfЯ, коrорые ишро­ ко п~ ранее и IJOCA)'ЖWUf npororиna,.,.. Д11Я разра6о11'н новоil современноil п.v<ики. 6 Таким образом, второе поколение автомобильно­ го электрооборудования - это первый этап внедре­ ния полупроводниковых устройств и релейных средств автоматики в автомобильные электрасети. Ко второму поколению относят также полупроводни­ ковые выпрямитеJ1ЬНЫе схемы электрогенераторов и первые контактно-транзисторные системы зажига­ ния. Сюда же включают электронные и релейные ус­ тройства управления вспомогательными бортовыми подсистемами, имеющими общее название ·злект­ роnакет"•. На автомобиле стало широко использо­ ваться радио. • В последние годы в отечественной промЬl!JЛенНО­ сти наметилась тенденция к ускоренному внедреНию автомобильного оборудования третьего ПОКОJ\еtИI. Третье поколение - это не только электрическое и электронное оборудование, но и все прочие средства бортовой автоматики, которые стали широко внед­ ряться передовыми зарубежными фирмами с начала 70-х годов. В первую очередь, это электронные систе­ мы управления rидроМеханикой впрыска топлива и электроискровым зажиганием, а также ЗАВктронн,~е системы управ.11еНия гидравлическими тормозами, трансмиссией и узлами подвески автомобиля. К треть­ ему поколению относят и современные электронные }'Стройства бортового контроля и самодиагностики. Важно заметить, что для оборудования третьего поколения прежний термин "электро· утратил свой определяющий смысл, так как теперь в системах бор­ товой автомаТVЮt , пом""'° традиционных механичес­ ких и электрических, стали шvроко применяться са­ мые разнообразные средства ГидРаВЛИКИ, п-~евмоав­ томатики, оmоэлектрониt<И, локации, радиотехники, ультра- и инфразвука , компьютеризации. Так появил­ ся термин •Аетотроника•. объединивший все, что от­ носится к автомобильной бортовой автоматике, а со­ временные коМП11ексные системы автоМобиля теперь чаще называют •автотрожым оборудованием·. Особенностью автотрожого оборудования явля­ ется то, что оно создается с применением самых разнообразных физических принципов и средств ав­ томатического управления и регулирования, а управ­ ляется электронной цифровой автоматикой, в осно­ ве которой лежит бортовой компьютер с постоянной и оперативной памятью. • Но фантазии автомобилестроителей этим не ог­ раничиваются. Появились первые признаки ПрИМе­ нения на автомобиле суперсложной автоматики уп. равления четвертого поколения. Уже опробованы идеи применения систем радарно-компьютерной и спутниковой автонавигации и систем определения • Эмкrро лакеr - разговорныil rехническнi/ термин. Широко нс­ польэуеrся в Wl)' и в rаэетных рекдамных о6ЬЯSАеН1f11Х. 06озна­ чаеr совокупносrь rехнических ycrpoilcrs вспожяаrеАЫЮrО (чаще всего КОNфорrноrо} назначения, которые в сосrав IИJJCClf'reCкoro оборуАОSВННЯ не ВJWОЧВЮТСЯ.
Тенденции развития автомобмNoноrо оборудования координат на местности мя упрощения автоматизиро­ ванного передвижения автомобиля по городскw.1 и шоссейным автодорогам, а также мя поиска и нахож­ дения нуждающегося в помощи автотранспорта. Для ряда крупнейших городов мира составлены "элек­ тронные карты", которые записаны на лазерных дис­ ках. С помощью дисковода, компьютера и цветного дисплея маршрут движения выдается водителю авто­ матически. Переключается система от реперных ме­ ток на местности. В четвертое поколение бортового оборудова­ ния автомобиля, основным признаком которого будет полная компьютеризация процессов управ­ ления, регулирования и контроля, войдут также и такие специальные системы, как самоуправление автомобиля в режиме автопилота, самозащита ав­ томобиля от аварийных ситуаций, электронное ре­ зервирование функций управления и многое, мно­ гое другое. На рис. В.1 приведена условная классификация автомобильного бортового оборудования по поколе­ ниям. Признаком классификации по поколениям являет­ ся поэтапное внедрение новой техники: 1. Первое поколение - электрафикация автомо­ биля; создание классического электрооборудования. 2. Второе поколение - внедрение аналоговой по­ луправодниковой схемотехники на дискретных ра­ диоэлементах: создание простейших электрожых схем мя управления электрическими устройствами. 30 реfРОМ!)билеii. (выпуск рр 1920 r.) БОРТОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ АВТОМОБИЛЯ (Класаф«а-nо~) 30 концеrпхаров (выпуск после 2020 r. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ АВТОТРОННОЕ ОБОРУдОВАНИЕ переое- Второо11О1<- т~- --- с 1930 no 1849 и. с 1950 no 19711 r.~ с1980no2000ц с 2000 no 2020 и; г--""""""""' г-ратор)-•фutот с..:тема Щ>ЫС1<11 ЦбКс~ ТОQС~ rouc~ ·-ТМ118 к.t.м. сэ. csr. ед. ск. пос. эк --°""- ~ ~сЭМ. ЭС/1iУ,,,,. две Смсте...8 8'1$)blCU TOfVТlieA ~-свт энсэмnсэ ""18Д.6ен»он•-. с~ tw1tK nлаsмонное- Стартер с МХ· млм ЭМ. CТlilrrePc~ т--- с~_._ с~. -. Бе>- Среду>m>р<>м ~АБС "'""'""'""' К..СЛОТ-Мбс r- ~Мб. Устроj1с>8а 888рМЙNoА -- бaot'80I0Cnt. -- ....,,.,,_Мб ~nyai - -....m.млмКСЭс т_.,._сэ. Т~еДВС ~~ ~. смет- ~м -~ ~ - ~реtуПIП- болiоwl<ми- - кип - н.-пос. ~- r--noc. c,_l(WJ. Смет•- nyn.-«Ol<!J>OllR. НооыМ Д113811м пос. 1(руmые фарw -дм>&llм пос ~ .... .. 11ерещ1 • .._ .._ _ Рис:. В.1. К11ас:с:11ф1111а1111я автомоб11111оиоrо оборудования по nоко11еи11ям: ЭО - электрооборудование автомобиля; МХ - механический; ЭМ - электромеханический; АКБ - аКl(умуАЯторная батарея; КИП - контрольно-измеритеАЬНые приборы; ЭН - электронный; ез - система зажиrания; кез - контактная система эа­ жиrания; мnез - микропроuессорная система зажиrания; nn - полупроводниковый; евт - система впрыска топлива; АБС - тормозная система с электронным управлением; ед - система диаrностики; ек - система П)'Тевоrо контроля ; УЗе - ультразвуковая система; ЭеАУ - электронная система автоматическоrо управления; ЭК - эколоrическая система автомобиля; noe - приборы освещения и сиrнализаuии; К -механический непрерывный распределенный по цилиндрам впрыск для смешанноrо смесеобразования; L - прерывистый распределенный впрыск для внешнеrо смесеобразования; М - система впрыска, интеrрированная в ЭеАУ двиrателем: Д - прерывистый распределенный впрыск для внутреннего смесеобразования: ЦБК - uентральный бортовой компьютер; две - двиrатель внутреннеrо сгорания. 7
Введение З . Третье поколение - широкое внедрение на борту автомобиля Зr'lектронного оборудования циф­ Рового принципа действия. Создание новых систем бортовой автоматики, таких как: злектРонный впрыск топлива, uиФровое управление зажиганием, электронное управление тормозами, экологические системы автомобиля, бортовая самодиагностика, схемотехническое резервирование и т.п. 4 . Четвертое поколение - полная компьютериза­ ция пРоцессов автоматического управления, контроля и регулирования с применением центрального борrо­ вого компьютера и со значительным расширением вы­ полняемых функций. Оборудование автомобиля радар­ ными средствами. Создание совершенно новых при~+ ЦV11ОВ у!1)ЗВЛенИЯ автомобилем и его агрегатами. 8.3 . Электромобили Следует сказать отдельно о новых, еще не разра­ ботанных моделях автомобилей . Это эвристические модели будущего (концепткары). В среде автомобилестроителей уже давно диску­ тируется вопрос о целесообразности шиРокого ис­ пользования электромобилей вместо автомобилей . • Классическая схема электромобиля показана на рис . В.2 . Схема включает высоковольтную (не ни­ же 100 вольт) ходовую аккумуляторную батарею ХАКБ. электРодвигатель ЗА (либо монотипа. либо ко­ лесный - д/1Я каждого ведУщего колеса отдельно) и устройство управления УУ (контроллер), которое уп­ равляет энергией ходовой АКБ при ее под~зче к элек­ тродвигателю ЭД. Первоначально считалось. что такой электромо­ биль предельно прост и вся проблема сведется к разработке новых конструкций ходовой АКБ и 3'\ек· ХАКБ уу эд Рмс. 8.2 . КАассмческая схема эАекrромобмАя: ХАКБ - ходовая аккумуляторная батарея; VV - электрон­ ное устройство управления (контромер); ЗА - ходовой электродвигатель. 8 тродвигателя ЭД. Но в этой трехзвенной модели не менее сложным оказалось создать усtРойство уп­ равления УУ. Кроме того, было совершенно не яс­ но, от чего и где можно будет подзаряжать ХАКБ. Стали также подвергать критическому анализу глав· ное преимущество электромобилей перед автомо­ билями - экологическое . Сначала как аксиома бы­ ло принято предположение. что электромобиль аб­ солютно чистое транспортное средство, наподобие ТРоллейбуса без проводов . Однако ходовые бата­ реи и станции их обслуживания сами по себе могут стать источниками ядовитого загрязнения окружа­ ющей среды . Нетрудно себе представить, что будет с Москвой , когда хотя бы каждый третий из З мил­ лионов столичных автомобилей станет элекТРомоби­ лем. В среднем 20 тысяч тонн сернокислотного эле­ ктролита. будУТ кататься по московским улицам . В Москве ежедневно регистрируется до 20-30 аварий с крупными повреждениями автомобилей . В мос­ ковские реки будет выливаться около тонны серной кислоты в сутки. Значит. и в атмосфере прибавится загрязнений . К этому надо добавить. что ежедневная подзаряд· ка ХАКБ для одного миллиона электромобилей потре­ бует от Мосэнерго дополнительно электРоэнергии еще столько же, сколько оно вырабатывает. • В настоящее время ведется ряд научных разра­ боток в направлении поиска новых химических ис­ точников тока (ХИТ) . Опробованы на злекtРомобилях и щелочные аккумуляторы, и солнечные батареи , и топливные элементы . Топливные элементы - это од· норазовые химические источники тока (ХИТ). кото­ рые работают по принципу превращения энергии вы­ сокотемпературной химической реакции в электри­ ческую энергию. Обладают малыми габаритами и ве­ сом. интенсивной токоотдачей, но непРодмжитель­ ны в действии . ШиРокО применяются в специальной военной аппаратуре. Для з.'lектромобилей могут ока­ заться перспективными щелочные вОЗдУХ-алюминие­ вые топливные элементы , в которых ·выгорает" лис· товой алюминий и в которых можно легко и быстро сменить реагенты . Такой топливный элемент может быть многоразовым . Однако применяемость его в электромобилях ограничена высокой стоимостью ка­ тализаторов, входящих в состав воЗдУХ-алюминие­ вых ХИТ. и сложностью реализации многократных ос­ тановок химической реакции на непРодолжительное время (стояночный режим электромобиля). Однако с использованием перечисленных источников тока до­ стичь для электромобиля уровня технических показа­ телей автомобиля-прототипа пока не удается . Из ска­ занного ясно, что классический электромобиль - это не автомобиль будущего. о Теперь идет поиск других вариантов . Например, на автомобиль (рис. В. З) устанавливается обычный две (1), но работает он не rрямо на ходовую часть. а
Тенденции развития автомобильного оборудования на мощный электрогенераюр (2). Эrот электрогенера­ юр запитывает через электронное устройство управ­ l'гНИЯ (З) электродвигатель (4), СОЧl'гненный через ко­ робку переключения передач КПП (5) с обычной ходо­ вой частью (7) автомобиля. Возможен и такой вари­ ант компоноеки узлое и агрегатое бензоэлектромоби­ ля, при которой на трансмиссию будУТ работать два двигателя - бензиновый и электрический. Какие преимущества это дает перед классичес· 1<w.1 автомобилем? Во-переых, так как две работает на эl'.ектрогене­ ратор, режимы две тривиальны: холостой ход. сред­ няя ходовая нагрузка (городской режим движения) и полная нагрузка. Этим трем режимам могут соотеет· сmовать три совершенно точных по исполнению сво­ их функций режима работы системы впрыска то11111+ ва и электроискрового зажигания. Более того, бен­ зиновый двигатель электромобиля может работать и в стационарном режиме, т.е. с постоянным числом оборотов коленвала. Одно это позволит получить не только экономию топлива, но главное - более чистый по составу вы­ хлоп отработавших газов. Таким образом. двиrатель, работающий без переходных режимов, - первое ожидаемое преимущество бензоэлектромобиля пе­ ред обычным автомобилем. Во-вторых, электрогенератор будет работать не только на электропривод автомобиля. но и на заряд ходовой АКБ. Следовательно. может быть эффектив­ но решена проблема подзарядки ХАКБ. В тех случаях, когда бензоэлектромобиль будет заезжать в центр города, ему не обязательно дви­ гаться с работающим две. ПереК11Ючив электропри­ вод на ХАКБ. можно достаточно долго перемещаться от энергии химического источника тока (ХИТ). Допоf'г нительная подзарядка ходовой батареи при тормо­ жении может осуществляться и в режиме рекуnер& ции. Рекуперация - возврат части энергии процесса движения для повторного исnо11ЬЗОвания. Рекупера­ тивное торможение электромобиля реализуется с по- к к Рис. В.З. 5еИ3ОЭАектромобиАь: 1 - бензиновый АВС; 2 - электрогенератор; 3 - контрол­ лер (ЭБУ); 4 - ходовой электродвигатель; 5 - коробка пе­ реключения передач; б - ходовая АКБ; 7 - дифференциал ведущего моста; К - ведущие колеса (движители). мощью ходовой электрической машины. которая пе­ реводится из режима двигателя в режим генерато­ ра; кинематическая энергия массы движущегося электромобиля преобразуется в электрическую с це­ лью заряда ХАКБ. Теперь водитеl\Ю не надо будет беспокоиться - доедет ли его электромобиль до зарядНой станции. Для бензоэлектромобиля емкость ходовой АКБ может быть значительно снижена. А значит, вес, габариты ХАКБ и литраж перевозимого по rородУ электролита можно будет свести к разумной норме. При меньших габаритах для ХАКб на борrу транспортного средства найдется авариЖо безопасное место. Остается одна проблема - утилизация отработавших ХАКб. Отечественный завод ·ижмаш" на базе универ­ сального автомобиля ИЖ-21261 создал бензоэлект­ ромобиль с гибридной силовой установкой две+ЭДВ+АКБ (8х12 В) и с параллельным соединени­ ем двигателей через специальный редУКТор. Экспе­ риментальные образцы выпускаются с 1998 года. Недостатки: высокая стоимость, малый запас элект­ рохода (12 км); возможность попадания агрессивной среды в салон, отсутствие багажного отделения, тя­ желее прототипа на 120 кг, небо11ЬШая мощность энергоустановки, низкая приемистость . Преимущест­ ва: уменьшенный расход бензина з л/100 км (у про­ тотипа 6,5 л/100 км). 8 Чю же может статься с бортовым оборудовани­ ем бущщего бензоэлектромобиля? Ясно, что роль бортовых электрических устройств резко возрастет. Особенно это касается устройств ходового Э11ектро­ привода и его управления. Некоторые системы видо­ изменятся. например система стартерного пуска две может стать другой, так как пуск можно будет осуществлять от ходоеого электродвигателя и борто­ вой ХАКБ. Навесное оборудование две (впрыск топ­ лива, зажигание, утилиза1.11я отработавших газов) может упроститься, так как число рабочих режимов две буNoт ограничено. Что касается навигационного и комфортного оборудования , оно может и не пре­ терпеть изменений. Возможно, приобретут большее значение электросистемы внутрисалонной вентиля­ ции, изменится конструкция самого кондиционера, будУТ установлены аварийные средства пожарной безопасности и защиты от короткого замыкания в электрических цепях больших токов. 8 Однако не исК11Ючено и такое развитие событий, при котором электромобильная схема силового при­ вода все-таки не найдет широкого применения на l'гГ­ ковых автомобилях. Альтернативой Эl'.ектромобИllЮ может стать автомобиль с двигателем на водородном топливе. Или будет разработан настолько совершен­ ный легкотоnливный двигатель, что его замена на ав­ томобиле станет нецелесообразной . Так. если будет разработан бензиновый двигатель с чисто электрон­ ным управлением клапанами газорасnределительно- 9
Введение го механизма, то в совокупности с уже разработанны­ ми микропроцессорными системами управления впрыском топлива. зажиганием и экологией двигате­ ля это позволит сократить расход бензина до 2,5 л/100 км пробега, при объеме двигателя не ме­ нее 1600 см3• Такому бензиновому двигатемо немо­ жет быть разумной альтернативы при его установке на l'ггковом автомобиле в ближайшие 30-50 N!T. 8.4 . Э11епроника на автомобиле Первым электронным устройством на автомобиле был ламповый радиоприемник. Питание анодных це­ пей радиоламп требует применения высокого напря­ жения (не менее 100 В). Такого напряжения в борт­ сети автомобиля нет. Его получали с помощью элект­ ромеханического вибропреобразователя, который формировал на первичной обмотке повышаюшего трансформаюра переменное по величине (прерыви­ стое) напряжение 12 В. На вторичной обмотке трансформатора получали требуемое высокое напря­ жение. Включение лампового приемника во время длительной стоянки автомобиля не допускалось. так как даже простейший трехламповый радиоприемник с вибропреобразователем потреблял от аккумулятор­ ной батареи не менее 50 Вт. После промышленного освоения полупроводнико­ вых приборов (начало 50.х годов) автомобильные р& диоnриемники стали транзисторными, с прямым пи­ танием от бортсети автомобиля. На правительствен­ ных авюмобилях и на автомобилях высокого потре­ бительского класса появились первые радиотелефо­ ны. Но все это прямого отношения к автомобильной электронной автоматике не имело. • Первая автомобильная электронная схема уп­ равления была внедрена в электроискровую систему зажигания: контактная пара прерывателя в цепи первичного тока была заменена мощным транзисто­ ром, коюрый по базе управляется от прежней кон­ тактной пары (см. даl'.ее рис. 1.8 , а). С появлением мощных и высоконадежных полу­ проводниковых диодов стало возможным примене­ ние на автомобилях бескомекторных генераторов переменного тока. А с применением полупроводни­ ковой схемотехники регуляторы напряжения автомо­ бильных генераторов стали чисто электронными (см . даl'.ее главу 7). дальнейшее развитие электронной полупроводни­ ковой автоматики управления позволию полностью отказаться от электромеханических устройств в ав­ томобильной системе зажигания. Их заменили бес­ контактные преобразователи неэлектрических вели­ чин в электрические сигналы (бесконтактные датчи­ ки). Так появились чисто электронные системы зажи­ гания (см. далее рис. 1.8, г). 10 • Электронная автоматика оказалась настолько универсальной , что помимо электроискрового зажи­ гания с ее помощью стало возможным управление и системой топливного питания, и системой нейтрали­ зации отработавших газов, и системой утилизации паров бензина из бензобака, и системой управления двигателем на холостых оборотах, и системой запус­ ка холодного двигателя, и многими другими система­ ми, функционирование которых связано с работой автомобильного двигателя. В настоящее время автомобильное электронное оборудование настолько разнообразно, что рассмат­ ривать его лучше в составе конкретных борювых си­ стем автоматического управления. Слещет только иметь ввищ, что электроника на современном легко­ вом автомобиле - это комплекс технических средств, предназначенных в основном для работы в информационных (низкоуровневых), а не в исполни­ тельных (высокоэнергетических) контурах управле­ ния . Другими словами, электроника применяется там, где требуется зафиксировать, преобразовать, обработать, передать, запомнить, вычислить или з& кодировать текущую информацию о технических П& раметрах устройств и агрегатов автомобиля. Там, где прИХодится иметь дело с прямым или об­ ратным высокоуровневым энергетическим преобразо­ ванием, исnо11ЬЗуются Э11ектротехнические устройства. • Однако на современном авюмобиле задачи ав­ томатизации уnрав11ения с применением электричес­ кого и 31\ектронного оборудования могут быть реше­ ны только частично . 8.5 . Автот~нное оборудование автомобипя Современный легковой автомобиль должен быть экономичным, экологически чистым, элегантным , вы­ соконадежным, комфортабельным и высокоскорост­ ным транспортным средством . Чтобы обеспечить Т& кие требования, на современном автомобиле, поми­ мо классического оборудования, устанавливаются новейшие средства автоматического управ11ения , контроля и регулирования. Теперь помимо рабочих процессов двигателя авюматизируются и гидротор­ моза, и агрегаты ходовой части, и механическая под­ веска, и сам процесс движения автомобиля. Таким образом современная бортовая автоматика включ& ет в свой состав не только электрические, электрон­ ные, механические, но и прочие самые разнообраз­ ные по принципу действия технические устройства . Ясно. что системы автоматического управления. со­ ставленные из таких раЗ11ичных устройств, не могут относиться ни к одному из прежних видов борювого оборудования. Так появИ/\СЯ новый технический тер­ мин: "Автотронное оборудование автомобиля". Этим
Тенденции развития автомобИАЫIОl'о оборудования термином обозначают новейшие изделия автомо­ бильной бортовой автоматики управления. контроля и регулирования. • Автотронное оборудование, которое изучается в новой специальной учебной дисциплине "Автотрони­ ка"•. - это совокупность комплексных автоматичес­ ких систем управления. контроля и регулирования, ус­ тановлежых на автомобиле. Сама автоматическая система в этом случае называется автотронной. Автотронная система представляет собой слож­ ный многофункциональный бортовой комплекс, со­ стоящий из самых разнообразных по принципу дей­ ствия и устройству компонентов, которые объедине­ ны в единое целое с целью выполнения заданной функции управления. контроля или регулирования. В автотронную систему могут входить и механиче­ ские, и гидравлические. и пневматические, и электри­ ческие, и электронные и любые другие устройства. Главной особенностью автотронной системы яв­ ляется обязательное наличие в ее составе электрон­ ного блока. который управляет всеми остальными со­ ставными частями {компонентами) системы. Электронный блок управления {ЭБУ) может ра­ ботать как в аналоговом, так и в дискретном или цифровом режиме, но он всегда ·имеет дело" с электрическими сигналами. дt.я согласования сиг­ налов и воздействий, имеющих разную энергетиче­ скую природу, ЭБУ автотронной системы по входу оснащен преобразователями неэлектрических воз­ действий в электрические сигналы (различные входные датчики), а по выходу - обратными пре­ образователями электрических сигналов в неэлект­ рические воздействия {исполнительные устройст­ ва). Входные и выходные преобразователи состав­ ляют внешнюю периферию электронного блока уп­ равления и одновременно являются компонентами автотронной системы. Когда на выходе ЭБУ энергетическое преобразо­ вание не требуется, применяются выходные элек­ тронные усилители электрических сигналов. При этом исполнительное устройство может представлять со­ бой отдельную, достаточно сложную систему управ- 1\еКtЯ неэлеюрического принципа действия, в кото­ рой электрический исполнитель является лишь акти­ ватором основного действия. По схемотехническому исполнению автотронная си­ стема может быть как разомкнутой. так и замкнутой системой автоматического управления. В последнем • Авrоrроннка - это учебная АИЩЮWtНВ. в IWTopoil рассмаrрнва­ ется по.-.-й l<DМnltel<C всех 6орrовых систем ввтомаnrческого ~ ~ на с«JреМенном авr0Аf0/Ж.1е. 8уэовс1<ую программу по 0Автоrроннке· разработал автор в 1994 r. В рам11ВХ В11екrнвноrо f1YPC8 о6ьемом в 144 уч. часа 0Автоrроннка· читается сrумнrам ввтоrрвнспорrноrо факу11Ьппа NосКОВСкDrо ввrомобнN.но-АОрож­ ноrо ннстнтута (МАДН-ТV} н в PRAe А{JУГНХ NОСКОВСХНХ учебных - веденнй. случае в автотронной системе исnом,зуются самые разнообразные задатчики сигналов обратной связи. В большинстве случаев современная автотронная система выполняет свои функции по заранее задан­ ной программе, и поэтому в ЭБУ всегда имеются за­ поминающее устройство и микропроцессор, в кото­ рых теперь чаще всего применяются число-импульс­ ные методы и средства обработки ИНформации (ра­ нее в автомобильных электРQtн.lх системах управле­ ния. например в системе зажигания, применялись и аналоговые вычислительные устройства). Другой особенностью автотронной системы явля­ ется ее •узкая специализация". Впрочем, это свойст­ во присуще любой системе бортового оборудования. Однако на основе нескольких автотронных систем мо­ гут создаваться большие бортовые комmексы авто­ матического управления, регулирования и контроля с обслуживанием от общего универсального централь­ ного бортового компьютера {УUБК). Такие комплексы доnОАНительно включают в себя бортовой информа­ ционный терминал (ВIТ), который обслуживается спе­ циальным электронным интерфейсом {бортовым кон­ троллером связи - CAN). ИХ задача - обеспечивать коммутаu-uо {nодключе14-tе) периферийных устройств к УUБК с соблюдением последовательности и приори­ тета. Первый шаг в этом направлении уже сделан - разработана и широко применяется на легковых ав­ томобилях комплексная электронная система автома­ тического управления бензиновым двигателем внут­ реннего сгорания {ЭСАУ-Д). Простейший универсаль­ ный электронный блок управления для таких систем серийно выпускается фирмой BOSCH {ФРГ) под на­ званием - авторегулятор ~мotroпic". 8 Автотронные системы по своему устройству, на­ значению, способу обработки информации и испол­ нению функций уже сегодня являются прототипами будущих полностью компьютеризированных больших универсальных систем автоматического управления, контроля и регулирования на автомобиле. Но в на­ стоящее время на современных легковых автомоби­ лях наиболее распространены не универсальные, а специализированные автотронные системы. К ним относятся : 1. Системы впрыска топлива для бензиновых дви­ гателей. 2. Экологические системы автомобиля. З. Микропроцессорные системы электроискрово­ го зажигания с дополнительными функциями регули­ рования. 4. Комплексные электронные системы автомати­ чесt<ОГо управления бензиновым двигателем внут­ реннего сгарания {ЭСАУ-Д). 5. Электронные системы управления гидравличес­ кими тормозами. 6. Системы электронного управления автоматиче­ ской коробкой переключения передач. 1.1 .
=Глава1 СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЬНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ЭлектрооборуАование автомобнJ\Я яв11Яется rлавноii составной частью полноrо ком11J1екса бор­ товоrо о6оруАования. В электрооборуАование включают все те бортоВhtе устройства, работа которых непосреАсmенно связана с электрнчесmом. ПерВ1>1ми такими устройствами 6ы11Н маr­ нето и свечи зажиrання. потом на борту автомо6и11Я стали устанавJ\Нваться аккумуJ1ЯТорная батарея, электроrенератор и электростартер. появилось наружное электроосвещение, систе­ ма зажнrання стала батарейной. Перечисленные электрические устройства в совокупности со­ ставJ\ЯЮт классическое электроо6оруАование автомобнJ\Я. В настоящей кннrе классическое электроо6оруАование Аетально не рассматривается. Желающим поАJЮбно ознакомиться с этим ра3Ае11ом можно порекомеНАовать учебники c.n . Банннкова [1], В.Е. Юпа [2] и ю.п. Чнжко­ ва, А.В. Акимова [З]. йАНако Аать краткий обзор общих прннцнпов построения систем классн­ ческоrо электроо6оруАовання з,десь нео6хоАНмо. 1.1. Общие сведения Существующее на бор~у автомобиля уже t.'tioro десятков ~т электрооборудование первоrо ПОКО/\е­ ния теперь называют клаосическим. 8 его состав входят следующ.~е функuюнЗ11ЬНые системы: • Система электроснабжения - электроrенера­ тор, реле-реrуляторы, аю<уМуЛЯТорная батарея. • Система пуска двигателя внутреннего сгора­ ния - стартер, стартерные цепи, аккумуляторная батарея. • Система электроискровоrо зажигания - катуш­ ка зажигания, прерывате11Ь-распределитель, свечи зажиrания с высоковО11Ьтными проводами (на авто­ мобилях с дизе11ЬНым две отсутствует или заменена системой калильноrо зажигания). • Система освещения и сиrнализаLJ-JИ - фары, наружные фонари габаритных оrней и световой сиr­ ~и. звуковой сигнал, внутреннее освещеt-Ме, устройства сnе1,J1ЗЛЬной сигнализации. • Система контрольно-измерительных приборов, дополнительного и всnомоrательноrо электрообору­ дования - ~ок приборов, водительский пульт уn­ рав~ния, э~ктрические пр0вода, предохраните/\Ь­ ные и ре~йные моноблоки. коммутационные устрой. ства. а также э~ктроприводные устройства. напри­ мер стеклоочистители и электровентиляторы. Пере~ные системы являются неотъемлемой составной частью автомобильной бортовой автома­ тики и всегда бущт присутствовать в ее составе. За nос~дние 30-40 ~т составные компоненты клаосических систем автомоби/\ЬНоrо электрообору­ дования претерпели значительные усовершенство­ вания. но состав самих систем остался прежним. Рассмотрим эти системы. 1.2 1.2 . Система э11ектроснабжения 8 систему э~ктроснабжения современного ав­ томобиля входят: необслуживаемая или монолитная кислотная аккумуляторная батарея (АКБ) и генера­ тор (ГТ) трехфазноrо переменного тока с мощным полупроводниковым выпрямите~м (ВП) и э~ктрон­ ным регулятором (Р) напряжения. которые вмонти­ рованы в конструкцию генератора. АКБ поДК/llОчена встречно-параме11ЬН0 и непосредственно к выход· ным клеммам генератора. Эта система обеспечива­ ет электроэнергией все бортовые электроnотреби­ тели. Применение новых типов аккумуляторных ба­ тарей и генератора переменного тока вместо гене­ ратора постоянноrо тока с многоламе11ЬНым ко~к· торно-щеточным механизмом, применявшимся ра­ нее совместно с вибрационными реле-регулятора­ ми. позволило значительно повысить качество• на­ пряжения и надежность системы бортового элект­ роснабжения. Ее габаритно-весовые параметры также улучшились. Следует заметить. что повышение мощности. качества электричества и надежности системы электроснабжения не самоuель. а насущная необ­ ходимость современного автомобилестроения. Те­ перь на бор~у автомобиля устанавливаются до 120 потребителей электроэнергии. значительная часть из которых полупроводниковые и интеграль· ные схемы. • Качеспю напряжения (нноrАВ rовооят 1<11чество эt.екrрнчест­ ва} - rекН11Чесl<НЙ rермнн, обоэначаощнй выс0«ую сrепень стабw.ыюсrн параметров напряження на выкоАе 6мжа {НNI си­ стемы} :ме1<rросна6ження, а таюке отсутствие в выкоАНОМ на­ пряж- высо1<очасrоП1Ык rарм~ н случа<нык всплеаюв ("А/)абезrа-}.
Системы автомобильноrо электрооборудования • Система ЗllЕ!l<Троснабжения, структурная схема и токоа<оростная характеристика которой показаны на рис. 1.1, работает едедУJОЩИМ образом. l<orдa ротор генератоРа не вращается (п =О), на­ пряжение Uc Щтовой сети равно напряжению АКБ (Uc = Uб) и потребители запитываются током батареи (lн =lб). Если после пуска две напряжение Ur мень­ ше напряжения U6 батареи, что будет иметь место при частотах п вращения ротора в пределах О < п < по. бортовые потребители бущт запитывать­ ся только от АКБ (Uc = U6 , 16 = lн). а ток генератора пока еще будет оставаться приблизительно равным нулю (lr = lp). На токоскоростной характеристике - участок до п =п0• В ючке п = по напряжение Ur генератора почти станет равным напряжению U6 батареи, а С11едова­ тельно, и напряжению Uc Щтовой сети (Ur = U6 = UJ. При веtреч~арамельном включении двух источни­ ков электроэнергии с одина11овыми нmряжениями обмена током между ними не происходит, т.е. ток 1, заряда АJ<б пока еще нулевой (1, =0). РеrулятоР Р на­ чинает потреблять ток lp от генератора, а бортовые электропотребители получают электроэнергию от обоих источников (1" = lr + 16 ). Частота по вращения ротора генератора несколько ниже граничных оборо­ тов холостого хода прогретого две . Поэтому переда- 1)nсО;U,. ~ О;Uo• eonst;lн•1,;Uc• U,; 2)о<n<n0; u,t, "°меньше IJ,; J,. • i.: Uc • IJ,; r.. • 16; Э)n•no:U,. ':'U,• Ue:11•О;lr•1,;1-• lн: 4)no<n<nн:u,tмбо•ьwеu.:1,~r..+1,+"•l(n);IJc.Ur: 5)nн<n<ns;Ur• const;lr• lн+11+1,•1(n,АФ):Uс •U,; 6) n > l"IS: Ue • Vr • const; ФJ. ; lr • const (c&JritOOrpam1\feHMe тока). Рмс.1.1. Смстема аАе11трос:набженмя с rенератором nеремемноrо то11а: АКБ - аккумуляторная батарея с напряжением U6; 16 - разрядный ток АКБ; 1, - зарядный ток АКБ; ГТ - трехфаз­ ный генератор синусоидального переменного тока; I, _ - пе· ременный ток генератора; 18 - ток возбуждения генерато­ ра; Р - регулятор напряжения генератора по току 18 воз· буждения; ВП - трехфазный двухполупериодный выпрями­ тель (Ларионова); lp - ток. потребляемый регулятором Р; 1,. - постоянный ток генератора; U, - постоянное напря­ жение rенератора; u. - напряжение бортсети автомобиля; lн - общий rок нагрузки системы электроснабжения; К - контрольная лампа rенератора, п - обороты приводноrо шкива генератора; Ф - магнитный поток. точное отношение между шкивами двигателя и гене­ ратора выбирается таким образом, чтобы на нижних обоРотах ХОl\ОСТОГо хода ЭllЕ!КJРОэнергией от генера­ тора обеспечивались по крайней мере основные бор­ товые потребители (система зажигания. впрыск топ- 1\ИВа, габаритные огни в ночное время). Тогда после запуска две коленвал развивает обороты холостого хода и наступает состояние, при КОТоРОМ п > по. а напряжение генератора становится больше напря­ жения U6 аккумуляторной батареи (Ur > U6). При дальнейшем увеличении частоты вращения п генера­ тор обеспечивает электроэнергией все бортовые по­ требители и начинает заряжать АКБ (1, = 1" + 12 + lp). Ток lr генератора становится почти линейной функци­ ей 1,. = f(n) от частоты вращения п, а напряжение Uc Щтовой сети - равным напряжению Ur генератора (Uc =Ur) и теперь полностью определяется реrу11ЯТ0- ром Р напряжения (вплоть до состояния n =Пн). На повышенных оборотах две. когда частота n вращения ротора генератоРа лежит в пределах от п" до п5, напряжение Ur генератора перестает увеличи­ ваться (Ur = const) и даже может несколько падать из-за размагничивающего действия токов статора под большой нагрузкой, но ток lr генератора все еще может возрастать , приближаясь к самоограничению (lr = 1" + 13 + lp = f(п, дФ); Uc = Url · Явление самоограни­ чения насl)'Пает при боl\ьшом токе 1, генератора (когда 1, = 1.-m ax) и при высокой частоте врацения (п > nJ рото­ ра, как следствие насыщения этим током магнитных uе­ пей генератора. При этом магнитный поток Ф, сВЯЗЬЕа­ ющий мамтюе поле В. ротора с витками W5 обмотки статора, частично уничтожается противодействующим (наведенtъJМ током 1,.) магнюным полем В.. статора. Ток lr перестает быть функцией от частоты вращения п и начvная с n = п,. становится rюстоянtъ~м. В современных генератоРах переменного тока максимальное значение тока lr является рабочим и д/1Я генераторов автомобилей представительского класса с мощным две может достигать 100 А. • Конструктивной особенносrью современных гене­ раторов трехфазного переменного тока является нали­ чие в них дополнительной диодной сборки d, а также включение фазных обмоток генератора не "звездой", а "треуголыи<ом". Это позволяет упростить схему кон­ трольной лампы К генератора, а также юолировать цепь питания регулятора Р напряжения от большеточ­ ной выходной цепи "Вых" . таким способом исключает­ ся возможность нежелательного разряда аккумулятор­ ной батареи через регулятор напряжения и обмотку возбуждеК1Я при неработающем двигателе, но вклю­ ченном зажигании . Кроме того, соединение фазных обмоток "треугольником" позволяет применять более тонкие провода для фазных обмоток генератора. На­ дежность генератора при этом также повышается. Как следствие, современные автомобильные генераторы проходят без ремонта до 250000 км пробега . 1.З
• Ограt*!чивать ток заряда АКБ в сооременных системах электроснабжения не требуется. так как регулятор Р наnряжения на средних и умеренно по­ вышенных оборотах две, а самоограничение тока генератора на высоких оборотах NoС не допускают перезаряда автомобильной аккумуляторной батареи. Однако следует заметить, что заряд аккумуляторной батареи на борту автомобиля осуществляется при по­ стоянном наnряжении. И коrда Аl<Б сильно разряже­ на, ток 1, заряда может быть значительным. Если но­ минальная емкость Сн установленной на автомобиле Аl<Б не соrласована с максимальным током автомо­ бильного генератора. возможен или перегрев сильно разряженной Аl<Б в начале ее заряда, или постоян­ ный недозаряд батареи, что в обоих случаях снижа­ ет срок ее службы. Поэтому на автомобилях с гене­ раторами большой мощности не рекоменщется уста­ навливать АКБ малой емкости. И наоборот, АКБ боль­ шей емкости не слещет устанавливать на автомоби­ лях с генератором малой мощности. Другими слова­ ми, автомобильный генератор и аккумуляторная ба­ тарея, работающие на борту автомобиля как единая автономная система электроснабжения, должны под­ бираться по токовым параметрам. При замене АКБ СNЩуеТ придерживаться условия [ЗСн =21, m..J •. ОС· новные компоненты системы электроснабжения - аккумуляторная батарея и электрогенератор сооре­ менного легкового автомобиля - подробно описаны в последующих главах. 1.з. Система пуска две Следующей классической системой электрообору­ дования автомобиля является система электростар­ терного пуска две. Слещет заметить, что электростартерная система пуска - это не единственная пусковая система для автомобильных NoС. Но для легковых автомобилей Рис.1.2. 6Аок-схема системы пуска ДВС: АКБ - аккуNуляторная батарея; ВЗ - ключ зажигания; РС - реле стартера; ТР - тяговое реле; ЗАВ - электродви­ гатель стартера; Р1 - планетарный редуктор; Р2 - основ­ ной понижающий редуктор; мех - муфта свободного хода; две - двигатель. • КВадраrные скоб«н указывают на равенство числовых веJШ._ в формуl\е без учета размерностей. 1.4 все прачие системы (гидРавлическая, инерционная, пневматическая) бесперспективны. Современная система электростартерного пус­ ка - это совокупность электростартера, бортовой аккумуляторной батареи и стартерных электроцепей. Элементом системы пуска является также венечная шестерня маховика две. Для автомобилей в север­ ном испО11Нении в систему пуска NoС иногда включа­ ют средства для облегчения пуска (3). • Блок-схема электрической системы пуска NoС современноrо легкового автомобиля приведена на рис. 1 .2 . Главным агрегатом такой системы является Рмс.1.З. Э11ектростартер: а - конструкция стартера; б - электрическая схема соеди· нений; в - планетарный редуктор стартера; 1 - корпус; 2 - направляющий вал с витыми пазами; З - венечная шестерня маховика две; 4 - муфта ех; 5 - водило с са­ теллитами; б - сателлитная шестерня; 7 - шестерня на валу ротора; 8 - электродвигатель стартера; 9 - ось са­ теN1Ита; 10 - планетарная шестерня с внутренним зацеп­ лением; 11 - корпус планетарной шестерни; 12 - ротор электродвигателя; 13- ламели на комекторе; 14 - щетки в щеткодержателе; 15 - статорная обмотка (возбужде· · ния); 16 - рычаг привода мех: ВЗ - включатель зажига­ ния; РС - реле стартера.
Системы автомобиАЬНоrо электрооборудования элекrростартер (рис. 1.3). Это такое устройсТво, в ко­ тором конструктивно совмещены четыре ф~кuио­ нальных узла системы: электродвиrатель эд постоян­ ного тока, электромагнитное тяговое реле ТР, допол­ нительный понижающий (чаще всего на современ­ ных легковых автомобилях - планетарный) редуктоР Р1 и муфта мех свободного хода с шестерней заuеn­ лек-tя. Шестерня заuеnления образует с венечной шестерней маховика две основной понижающий ре­ дУКТоР Р2 с передаточным числом не более 18. До­ полнительный планетарный редуктоР Р1 применяется в современных электростартерах с быстроходным электродвигателем. Его передаточное число не бо­ лее 4-х и определяется как: ip=1+Zp/4. где Zp - число зубuов планетарной шестерни, ~ - число зуб­ uов шестерни на оси якоря злектродвиrателя. Пуск стартера осуществляется посредством вклю­ чения ключа зажигания 83, который через реле стартера РС подает напряжение аккумулятоРной ба­ тареи АКБ на тяговое реле ТР. Реле ТР выполняет две функuии: подключает электродвигатель стартера непосредственно к Аt<Б и механически сочленяет ше­ стерню заuеnления муфты свободного хода мех с венечной шестерней маховика две (т.е. включает на время пуска механический редуктоР Р2). Муфта мех и электрическое управление стартером С()Временного автомобиля устроены таким образом, что как только две запускается, то сначала редуктор Р2, а затем и электродвигатель ЭД выключаются. Дополнительный планетарный редуктор Р1 нахо­ дится внутри конструкuии стартера в постоянно включенном состоянии. Он располагается соосно с электродвигателем и муфтой свободного хода. Планетарный редуктор, который иногда называют редуктором Джемса. может иметь два варианта ис­ полнения : с неподвижной планетарной шестерней и с вращающимся водилом, на котором установлены •) Рис.1.4. К nояснеиию nрин1111nа деiiстаия электродаиrетеАЯ: а - nравию левой руки; 1- ток; В - маrнитное nоле ; F - 1о1еханичеС11ая сила; NS - nостоянный маrнит; б - модель ЭДВ; lя - ток якоря; R - якорь (токопроводная рамка); F1 иF2- парасил;Х - ось вращения якоря; М - щетки КЩМ; е - ламели комектора; 111 - частота вращения. сатемитные шестерни, а также с вращающейся пла­ нетарной шестерней и с неподвижными сателлитами (подробно см. далее в главе 8). • Электродвигатель стартера - зто электричес­ кая машина постоянного тока, преобразующая элек­ трическую энергию W3 от АКБ в механическую знер. гию W.., вращения якоря : W.., = f(Wэ). Принuиn действия электродвиrателя основан на использовании второго закона электромагнитной ин­ дУКl..JИИ , согласно которому механическая сила F, дей­ ствующая на проводник L с током 1, который поме­ щен в магнитное поле с индукuией 8 , определяется как F = BLI. Направление действия силы F определя­ ется по правилу левой руки (рис. 1.4 , а). Если nроводНИК L изогнуть витком в виде токоnро­ водной рамки R и поместить в магнитное поле 8, обра­ зуется наглядная модель электродвигатем~ (рис. 1.4 , б). 8 этой модели постоянный магнит NS- эrо неподвиж­ ный статор с главным магнитным полем 8, а ток~ водная рамка R - зто вращающийся якорь. Машины постоянного тока являются комекторны­ ми машинами, т.е. они обязательно содержат в сво­ ем составе комекторно-щеточный механизм (t<ЩМ) . t<ЩМ - это устройство, которое обеспечивает контактную гальваническую электросвязь между вра­ щающимся якорем (на модели - рамка R) и внешней электроuепыо. КЩМ состоит из контактных медных ламелей к. изолированных АfУУГ от АfУУГа и собранных на оси якоря в виде комекторноrо uилиндра, а также из контактных медно-графитовых щеток М, прижатых пружинами к ламелям комекторного uилиндра . Щетки помещены в щеткодержатели, которые АЛЯ щеток яв­ ляются прижимными uентрирующими устройетвами, а для внешней электрической uenи - выводными кон­ тактами якоря. Число ламелей на комекторном uилин­ дре равно удвоенному числу токопроводных рамок на якоре. Число контактных щеток в современном стар­ терном электродвигателе обычно равно четырем . Они включаются по схеме, показанной на рис. 1 .3 , б. Модель электродвигателя постоянного тока, при­ веденная на рис. 1.4 , б, работает следУJОЩИм обра­ зом. Пусть рамка R в исходном СОСТОЯНИИ находится в положении , указанном на чертеже (угол а поворо­ та рамки относительно магнитных силовых линий по­ ля 8 равен нулю). На клеммы (+) и (-) щеток М от внешнего ИСТОЧJ-IИКа электрической энергии W3 пода­ ется постоянное напряжение Uд. Под действием на­ пряжения Uд по токоnроводной рамке R. согласно за­ кону Ома, начнет протекать ток якоря lя=Uд/R (где R - омическое сопротивление рамки R). Как видно из чертежа, ток lя якоря в верхнем стержне рамки R. протекая от плюса к минусу, на­ правлен "слева-направо", а в нижнем стержне - "справа-налево". Ток lя• вступая в электромагнитное взаимодействие с магнитным полем 8 статора, обра­ зует пару сил (F1 и F2 ), каждая из которых равна 15
rA8881. F = 8 5 L.,l,,cosa. Пара сил развернет рамку R по часо­ вой стрелке(согласно правилу левой руки) на угол, равный 90°. В этом месте (точка а= 90°) силы F1 и F2 станут равными нулю (cos 90° = 0), а ток lя разомк­ нется, так как ламели КЩМ выйщr из соприкоснове­ ния со ще11<ами. Дальнейшее вращение рамки R яко­ ря электродвигателя до момента обратного подклю­ чения щеток к ламелям будет протекать по инерции. Обратное подключение рамки R к внешнему постоян­ ному напряжению Uд приведет к восстановлению то­ ка lя в прежнем по отношению к магнитному полю Вs направлении. Силы F1 и F2 , действуя в прежнем на­ правлении, начнут возрастать по закону косинуса от нуля в точке а= 90° до значения BLI в точке а= 180° и далее от значения BU до нуля в ючке а= 270°. В этой точке (а=270°) ламели под щетками снова по­ меняют свое положение на противоположное, и сно­ ва повторятся процессы, описанные для точки а= 90". В результате поочередного механического воздействия пары сил F1 и F2 на стержни токопро­ водной рамки R вал Х якоря электродвигателя начнет постоянно вращаться со скоростью ro в направлении действия пары сил. • В реальных стартерных электродвигателях чис­ ло токопроводных рамок на якоре не менее 12 (24 ламели на коллекторе) . Это обеспечивает электро­ двигателю плавность хода, более высокий КПД, мак­ симальное значение вращающего момента в любом положении якоря, а также отсутствие таких состоя­ ний в КЩМ, при которых ток lя якоря размыкается. Пара сил действует постоянно. В описанной модели электродвигателя главное магнитное поле машины на статоре формируется по­ стоянным магнитом NS. В реальных стартерных эле­ ктродвигателях такая система наведения главного магнитного поля стала применяться только в послед­ нее время, когда появились малогабаритные силь­ ные постоянные магниты. Ранее для пуска многоци­ линдровых две электростартер с возбуждением от постоянных магнитов не применялся. В таких случа­ ях использовались стартерные электродвигатели с внешним возбуждением, т.е . с возбуждением глав­ ного магнитного поля электродвигателя от внешнего источника электрической энергии. Это достигается заменой постоянного магнита статора на статорный электромагнит . Обмотка тако­ го электромагнита называется обмоткой возбужде­ ния. На время работы стартера обмотка возбужде­ ния подключается к аккумуляторной батарее через обмотку якоря (последовательное возбуждение) . Иногда обмоток возбуждения две (параллельно-по­ следовательное возбуждение). • Основными функциональными особенностями стартера являются кратковременность его работы и способность развивать на короткое время пуска большой крутящий момент. Первая особенность поз- 1.6 воляет изготавливать электродвигатели стартеров со значительным уменьшением веса и габаритов, а вто­ рая - обеспечивается значитеJ1Ьным увеличением пускового тока по сравнению с обычными электро­ двигателями, что допустимо только на короткое вре­ мя. Мощность стартера определяется моментом про­ кручивания холодного две во время пуска при низ­ ких темпераrурах и достигает для некоторых двигате­ лей легковых автомобилей 2 кВт. • С другой стороны, в обычных условиях эксплуа­ тации мощность стартера может быть значительно меньше. В связи с этим разрабатывается и уже экс­ периментально проверена идея двухрежимного стар­ терного пуска, при котором хорошо прогретый двига­ тель запускается от так называемого конденсаюрно­ го стартера (путем быстрого разряда предваритель­ но медденно заряженной конденсаторной батареи на значительно уменьшенный в весе и габаритах бы­ строходНый электродвигатель с редУКТором) , а холод­ ный двигатель при очень низких температурах запус­ кается не от конденсаторов, а от внешней электро­ сети. Основная перспектива применения такой сис­ темы пуска ориентирована на реализацию режима экономии топлива при движении в городе , когда под каждым светофором двигатель автомобиля выклю­ чается, а при прикосновении к педали акселератора вновь автоматически запускается. Такая система пу­ ска называется "стоrктартером" . В городском режи­ ме движения автомобиля стоrктартер может функ­ ционировать безотказно. По оценке некоюрых ис­ следователей, это может дать экономию топлива около 30% [З). • Но даже в классическом исполнении современ­ ные системы пуска уже сегодня в целом более совер­ шенны, чем им предшествующие . Так, сам стартер­ ный электродвигатель стал меньше в размерах , бо­ лее надежным и более легким за счет применения современных технологий сборки и новых электромаг­ нитных материалов . Значительно усовершенствова­ на механическая передача энергии вращения от стартера к венцу маховика двигателя. Теперь эта пе­ редача на мощных две стала редУКТорной, что так­ же позволило уменьшить вес и габариты стартерно­ го электродвигателя благодаря повышению его ми­ нимальных оборотов и уменьшению пусковых токов. Потребление электрической энергии стартером от АКБ при этом стало более рациональным (чем мень­ ше пусковой ток стартера , тем больше напряжение АКБ при пуске ДВС). Слещет заметить, что стартерный режим работы АКБ значительно отличается от ее работы в системе электроснабжения. Современный стартер позволяет работать АКБ в более щадящем режиме, что делает современную систему пуска более надежной. Подробно современный автомобильный электро­ стартер описан в главе 8 настоящей книги.
Системы автомобиАьноrо эАектроо6оруд088НИJI 1.4. Системь1 эnектроискровоrо зажиrания Говоря об электроискровом зажигании, слещет заметить , что в самом начале на автомобилях оно реализовывалось от магнето. • Магнето - это электрическая машина ИндУК­ торного типа. Преобразует механическую энергию непосредственно в энергию искрового разряда. Ра­ ботает независимо от бортовой электросети . Конструктивно в магнето совмещены (рис. 1.5): иНдукторный электрогенератор ИГ; повышающий трансформатор ТР, первичная обмотка w,_ которого ЯВf\ЯеТСЯ индУКТИвным накопителем энергии; контакт­ ный прерыватель Р тока с кулачковым то11Кателем к; распределите11Ь S. Ротор (постоянный магнит М) иtt­ дУКТОрного генератора ИГ, кулачок прерывателя Р и редуктор R распределителя S механически соединены общей осью и приводятся во вращение от коленвала (КВ) две . Когда инщкционный ток в первичной об­ мотке трансформатора ТР достигает максимального значения, контакты прерывателя Р размыкаются. Во вторичной обмотке W2 повышающего трансформато­ ра наводится высоковольтное напряжение, которое распределяется по свечам распределителем S. Магнето и теперь еще достаточно широко ИСПОJ\ЬЗУ­ ется на тракторных пусковых и на маюцилиндровых , например МОТОЦИК!lеТНЫХ двигателях. Но на современ­ ных автомобилях магнето теперь не применяется. Этому есть две причины: низкая Нё\деЖНОСТЬ электро. механического магнето с высоковО11Ьтным расnреде1е­ жем при его работе на многоцилиндровых две и невоз­ мокность получежя ВЫСОКОй энергии искрового разря­ да при низких оборотах вращения коtенва11а двигателя (наЮолее сказывается при пуске холодного ДВС). с lz Рмс.1.5. Маrмето: С - конденсатор; К - кулачок прерывателя; Р - контакты прерыва­ теля : М - постоянный маrнит NS на роторе; ИГ - индуктор; W1, W2 - первичная и вто­ ричная обмотки индук· торного трансформато­ ра Тр; S - ВЫСОКО· волыный распредели­ тель: R - редуктор 2/1: w - частота вращения привода магнето: КВ - коленчатый вал две. • Классической для автомобилей является бата­ рейная система зажигания (рис. 1.6). Ее компонент­ ный состав прост: каl)'Шка зажигания КЗ, прерыва­ тель КП с распределителем РП и свечи зажигания СВ с высоково11Ьтными проводами. Источником энергии No51 системы зажигания является бортовая система электроснабжения (U6 ), а источниками управляющих сигналов - механический привод ПР от распредели­ тельного вала АБС и пневмопривод ВР от разреже­ ния ВО ВПУСКНОМ КО/\ЛеКТоре ВК. Интересной особенностью батарейной системы зажигания является то, что в ней изначально были найдены два совершенно уникальных техничес~ ре­ шения: ИНдуктивный накопите11Ь (каl)'Шка зажигания) и высоково11Ьтный электроискровой разрядник (свечи зажигания). До тех пор, пока воспламенение топ11Иво­ воздУШной смеси на легкотоп11Ивных АБС будет осу­ ществляться от высокоВО11Ьтной искры, свечи зажига­ ния и катушка зажигания в авюмобиl\Ьной системе зажиrания будуr присутствовать всегда. Быl\И попыт­ ки применить пьезокерамические генераторы высо­ кого напряжения, а также полупроводниковые свечи 1 •1 1 1 1 1 ..L c2f 1 ~---..----t~-t--i-4-+----------· ", б) Рис. 1.6. Конта11111ая (батарейная) смсте"4а зажмrания (КСЗ): а - электрическая схема КСЗ; б - компоненты КСЗ; ЖБ (Uб) - аккумуляторнаSI батарея; КЗ - катушка зажигания с nервичной W1 и вторичной W2 обмотками; КГ - контактная пара прерыва­ теля; ВР - вакуумный регулятор; UP - центробежный регуля­ тор; РП - распределитель; ПР - привод от распределительного вала: С1 - ~онденсатор первичной цеnи; С2 - распределенная емкость вторичной цеnи; Rv - добавочное сопротивление КЗ; ВЗ - включатель зажигания: ЗС - эамыкатель на стартере; СВ - свечи; ВК - раэреЖение во вnускнсм комекторе. 1.7
зажиrания с поверхностным тлеющим разрядом. Но лать этот ток больше из-за наличия в системе ~ высокая сложность их конструкции и низкая надеж­ ность оставили эти попытки на уровне научно-иссле­ довательских разработок. Системы зажигания с ем­ костным накопителем также не нашли широкого рас­ пространения, так как не обеспечивают требуемой для стандартных две длительности злектроискрового разряда. Таким образом, ка1)'Шка зажигания и свечи зажиrания составляют выходную электрическую схе­ му в любой современной системе зажигания. Существуют контактные системы зажигания, в ко­ торых число таких выходных электрических схем рав­ но числу цилиндров двигателя, что позволяет отка­ заться от высоковольтного электромеханического переключателя-распределителя. • В двигателях с парным числом цилиндров воз­ можно применение деухвыводных трансформаторов или ка~ушек зажигания, когда оба вывода исПО11ЬЗуют­ ся как рабочие (рис. 1.7). Искрообразование от двух­ выводной 1<3 в обеих свечах S происходит одновре­ менно. При этом одна свеча в ,.:.нном цикле рабочая, другая - холостая. Свечи устанам;.,_ · >тся в те il!ЛИН­ дры, в которых поршни имеют одинакоеь.;: .',l;Jд во всех фазах движения. /),/1Я 4-х цилиндрового NoС это пер­ вый и четвертый, а также второй и третий цилиНдРЫ . /),/1Я нормальной работы 4-х цилиндрового две необхо­ димы две двухвыводные катушки зажигания; для 6-ти цилиндрового - три; для 8-ми цилиндрового - четы­ ре. В двигателях. оборудованных двухвыводными 1<3, порядок работы не нарушается, так как - когда в од­ ном цилиНдре сжатие и зажигание, в другом - выпуск отработавших газов. Установочный угол опережения зажигания в таких две больше обычного. Инжектором носителей зарядов в одной свече (S+) является корпус­ ной электрод, в другой свече (5-) - центральный эле­ ктрод (R,, - nомехоnодавительный резистор). Все многовыводные системы зажигания с ИНдУКТИВ· ным накопителем требуют значительного увеJ1Ичения электроэнергии для их питания . Так, двухканальная сие· тема зажигания современного 4-х цилждрового авто­ мобильного двигателя потребляет от бортовой сети не 1.8 ~потока~ Рис.1.7. ДвJХВЫВодиая K81JWKa эажиrаJtИя 20-30 Вт, как бата- рейная система за­ жигания, а до 100 Вт. Это не явля- ется недостатком, так как в классичес­ кой батарейной сис­ теме зажигания ма­ лый ТОК потребления объясняется не ре­ альной потребностью j электроэнергии на оптимальное искро­ образование, а не­ возможностыо еде- механических контактов прерывателя, которые подвер­ жены быстрой эрозии и вь.-оранию nри большом ком­ мутируемом токе. Кроме этоrо, в контактных системах зажигания с высокоеоNoтным распределителем (одНОЙ катушкой зажигания) угол замкнуrоrо состояния кон­ тактов (время накопления энерrии в ка1)'ШКе зажига­ ния) ограничен. В МНОГОВЫВОДll>I)( системах Зажигаt-ИЯ накоrwжие энергии в ИНдУКТИВНОМ накопителе проис­ ходит более продОNКИТельное время. • Главным достижением в конструировании и со­ вершенствовании автомобильных систем зажигания является широкое применение в их схемах полупро­ водниковых приборов. Так возникли контактно.тран­ зисторная (рис. 1.8, а). бесконтактно-транзисторная (рис. 1.8. б) и тиристорная (рис. 1.8 . в) системы уп­ равления первичным током катушки зажигания. Эю­ ктронная часть этих систем получила название элек­ тронного коммутатора зажигания. С внедрением электронных коммутаторов появи­ лись совершенно новые возможности реализации е& томатическоrо УJ1)С1ВЛеНИЯ энергией ИНА)'КТИВНОГО на­ копителя, так как коммутаu1Я тока первичной обмотки катушки зажиrания стала теперь также электрожой. дальнейшее развитие систем зажигания шло по ny. ти внедрения электронного управления временем на­ копления и моментом искрообразования. Электронные блоки управления, реализующие ЭТИ функции, ПОЛ)Ч1ЛИ название контроллеров. Контроллер зажиrакtя управ­ ляется от датчиков, а управляет - элект~ комму. татором системы зажиrажя (рис. 1.8, г). Так появились системы зажигания с чисто электронным уnраелением. Все это повысило такие эксплуатационные харак­ теристики системы зажигания, как функциональная точность, продолжительность наработки на отказ, энергия высоковольтной искры, универсальность применения, надежность. • О надежности системы зажигания надо сказать отдельно. Известно, что эксплуатационная надеж­ ность N сложной технической системы определяется в основном двумя факторами: надежностью Пm каж­ дого из составных компонентов системы и их числом m:N=n1•п2•Пэ•··Пm· д/1я многокомпонентных систем это означает, что самый ненадежный элемент сводит •на нет· надеж· ность всех остальных. Так, если конта~<ТНая пара пре­ рываtеля (п = О,75) в классической батарейной систе­ ме зажигания перегорает, то высоконадежный Э/\е­ мент этой системы - катушка зажигания (п =0,99) - не защищает систему от выхода из строя. А в батарей. ной сис'rеме зажигания низконадежных элементов не­ мало. Кроме электрических контактов прерывателя и распределителя (п =0,85), это еще и такие механичес· кие составные части системы, как центробежный pery· лятор (n = 0,80), вакуумный регулятор (п = 0,95), при­ вод (n = 0,90) от коленвала NoС.
Системы автомобИАЬноrо эАектрооборудования Как следствие ниЗt<ой надежности составных час­ тей, батарейная система зажигания хотя и содержит всего шесть t<Dнструкrивных составных элементов, имеет низкую надежность: Nk = О,75 · 0,99 · О,85 · 0,80 . 0,90 . 0,95 = 0,435. МногОЭJ1ементная бесконтактная электронная си­ стема зажигания, в которой число З/\емеНЮВ не ме­ нее 120, но каждь~й элемент m обладает высокой на­ дежностью (не менее 0,99), имеет достаточно высо­ кую надежность: N8 = п~ = о,99:1.2в = О,88. Статистически установлено, что из общего числа отказов, приходящихся на навесное электрооборудо­ вание двиrате11Я, на батарейную систему зажигания приходИТся более половины, в то время как на элек­ трожую систему зажигания - всего 12%. nомимо конструкrивной надежности ЭАеt<Тронные системы зажиrания имеют очень высокую функцио­ нальную надежность, чю в первую очередь опреде- 11Яется высокой точностью и быстродействием испол­ нения операций управления в электронных схемах . •) L--~ Pf1 " 1 • • • на noвbltJ.Jet*1e надежности электрон1-1>1х схем ока­ зывает влия1-11е еще и тот факт, что в них легко осуще­ ствить схемотехническое резервИРQвание исnолнитед1т ных функций. К примеру, если каt<Dй-ilибо из датчиков современной системы зажигания отказывает, это ' tie приводт к отказу всей системы в целом, так как ~о фун1щиИ по средНеМу уровню начинает отрабатываrь сnеuиальная электро1+1ая схема резервироваl-ИI (ис­ ключение составляет датчик частоты вращения ДВС). В схемотехническом отношении электронные сt1с­ темы зажигания ЯВ/\ЯЮТСЯ самыми сложными устроi1: ствами электрооборудования автомобиля. nодробно современные системы зажигания опи­ саны в главе 9_ 1.5 . Система освещения и сиrнапизации Система освещения и сигнализации современных авюмобилей развивается в основном по двум на- 1 1 •--------· б) г!____i . . ~" ...".J r--- - .._ . . . . iI· i -- _, АКБ в) 11--;-;..--t--1·~--'" ] --- _ __"_ ·- j Рмс.1...8. Смстемы зажмrанмя с ЗАектронными коммутаторами: а - контактно-транзисторная СЗ; б - бесконтактно-nо11уnроводниковая СЗ с датчиком Хома; в - контактно-тиристорная СЗ с нако1111ением энергии в емкости С и с трансформатором зажигания ТЗ; r - структурная схема ЭСЗ с контромером, без распредеАите11я; ЭК - ЭАектронный коммутатор ; КЗ - катушка зажигания; ТЗ -трансформатор зажигания; ПР - 11ре­ рывате11ь-распреде11ите11Ь; РП - распреде11ите11ь; КП - контактная napa прерывателя; СВ - свечи; ВЗ - вмючате11ь зажи­ гания; АКБ - батарея; Т - транзистор; ТА - тиристорный диод; С - емкостной накопите11ь; Пн - преобразовате11ь напря­ жения 12/400 В; АХ - датчик Хома: R - допо11ните11ьный резистор: РА- ре11е допо11ните11ьного резистора. 1.9
ГАаВа :1. праВJ1ениям: по пути совершенствования оптики и конструкций наружных осветительных и светосиг­ нальных приборов, а также по пути развития З11ект­ росетей коммутации в цепях больших токов д11Я све­ тотехнического и сигнального оборудования. • На современном автомобиле наружные освети­ тельные приборы оборудованы либо стеклоочистите­ лем, либо стеклоомывателем, либо и тем и другим вместе. Пока зто в основном относится к передним фарам. Именно поэтому передняя фара автомобиля уже давно многофункциональна. В ней сразу все - и дальний. и ближний, и противотуманный свет, и га­ баритные огни, и указатели поворотов (рис. 1.9, а). • Задние фонари большинства современных ав­ томобилей также многофункциональны. Здесь в еди­ ном монолитном блоке за общим защитным стеклом размещаются З11ектролампы габаритных огней, стоn­ сигнаюв, стояночных огней. указателей поворотов. сигналов заднего хода, освещения номерного знака, противотуманных задних огней. катофоты. огни ава­ рийной и противоугонной сигнализации (рис. 1.9, б). Единый монолитный блок заднего фонаря позво­ ляет в перспективе применить и на нем стеклоомы­ ватель или стеклоочиститель . Это особенно важно А/1Я обеспечения должной безопасности движения автомобилей на загрязненных автодорогах. На ряде автомобилей внедорожного класса специального на­ значения это уже делается. Разработана также оптоэлеКТронная система А/1Я определения степени загрязнения стекол наружных ос­ ветительных приборов . Эта система позволяет автома­ тически включать стеклоочиститель и стеклоомыватель передних и задних фонарей при их загрязнении (4). •) 2 IS) Рмс.1.9. Наружные освет11те11•ные nрмборы в моноб11очиом 11сnоАНен1111: а - многофункuиона11ьная фара: 1 - корпус фары, 2 - лампа указателя поворота, 3 - внутренний рассеиватель указателя поворота, 4 - лампа габаритного света, 5 - блок двухннтевой лампы дi!Аьнего и ближнего света, 6 - отражатель, 7 - корректор, 8 - защитное стекло монобло­ ка; б - монобАок заднего фонаря: 1 - рассеиватель стоп­ сигна11а, 2 - лампа стоп-сигна11а, 3 - фонарь заднего хо­ да, 4 - катофот, 5 - ~эдниii габаритный свет, б - лампа в блоке указателя поворотов, 7 - корпус моноблока задне­ го фонаря; 7 - печатная плата электрических соединений. 20 • Еще одна из задач совершенствования наружно­ го освещения - повышение эффективности светоот­ дачи передних фар дальнего, ближнего и противоту­ манного света. Здесь сходятся воедино два противо­ речивых требования: с одной стороны, надо бы иметь больше света впереди автомобиля в ночное время, но с другой - мощный свет ослепляет водителей на всmечном транспорте. Так в свое время появились национальные стандарты на освещение дороги авто­ мобильными фарами. Были разработаны и созданы самые разнообразные конструкции фарных отражате­ лей (рефлекторов) и корректоров положения фар. Наиболее сюжным (с точки зрения формирования в фаре), всегда являлся ближний свет. В универсаль­ ных фарах он требует смещения нити электролампы на строго определенное расстояние от фокуса оптики. а также установки специального экрана под нитью. Наст­ ройка такой фары при совмещении в ней дальнего све­ та - обязательная эксплуатационная процедУРа. Послед!-iие достижения в области усовершенство­ вания передних фар подрообно описаны в главе 12. • Звуковые сигналы современного автомобиля те­ перь чаце всего выполняют две функции : прещnреж­ дающего сигнала во время движения (разрешен в экстремальных ситуациях) и сигнала тревоги во вре­ мя несанкционированного проникновения в автомо­ биль. Эти два сигнала управляются от двух независи­ мых друг от друга устройств коммутаuии и запитыва­ ются от различных источников электроэнергии. Современные противоугонные системы сигнализа­ ции помимо звуковых сигналов подают сигналы тре­ воги проблеском габаритных огней и устанавливают­ ся непосредственно на автомобильном заводе. В си­ стему защиты автомобиля от угона теперь включает­ ся и так называемый кодированный ключ зажигания. 1.6. Система контропьно-измеритепьнь1х приборов и всnомогатепьного электрооборудования Эта система включает в себя щитковые контроль­ но-измерительные приборы и коммутационные орга­ ны управления, которые расположены на водитель­ ском пульте, а также все те устройства, которые яв­ ляются вспомогательными в бортовой системе элект­ рооборудования. Сюда относятся релейные и предо­ хранительные монтажные блоки, соединительные эле­ ктропровода, а также большое количество самых разнообразных приводов от З11ектрических двигате­ лей, начиная от стеклоочистителей и вентиляторов и кончая электроприводами д/1Я стеклоподъемников и д11Я наружных зеркал заднего вида. Сюда же относят­ ся и те устройства комфортного электрооборудова­ ния, которыми широко оснащаются современные ав­ томобили (радиотелефон, кондиционер, обогрев сиде-
Системы автомобильноrо зАектрооборудования wй, теле- радио- и аудиоаnпаратура. телескопическая рсw.iОаНТенна. обогрев заднего стекла кузова. салон­ ная вентиляция. прикуриватели и тому подобное) . 8 Современ-ы1 щиток приборов (рис. 1..10) и пульт управ,о.ения водителя значительно отличаются от своих nредшествежиков, которые устанавли8аl\ИСЬ на ста­ рых МОNoЛЯХ автомобилей. Многие приборы теперь ста­ ли зюктронными с выходной цИфроВОЙ индиl<а.!ИеЙ. это и спидометры. и часы, и указатели уровня ТОП11Ива в бензобаке. и цИфроВЫе указате/\И автомобильного бортового компыотера путевого контроля. Все они тре­ буют /111Я своего функционирования зюктроНных схем управления. сnеuиально разработанных дм этих целей . 8 Необходимость коммутаuии токов в лампах на­ КСl/\ИваНИЯ большой мощности (в фарах), а также зна­ чительное увеАИЧение числа ~ МОЩtiЫХ потреби­ телей электроэнергии на борту автомобиля привели к неизбежности применения в цепях коммутации элек­ тромагнитных реле с "сухими" контактами. Реле с •су. хими" контактами - это обы'*!ое Э11еКТромаrнитное реле, которое в раэом~<Нутом состояК1и ИСК11ючает гальваническую связь между коммутируемыми цепя­ ми. ЭТо особенно важно в большеточных электричес­ ких цепях. Число релейных устройств на современном автомобиле доходит теперь до 30 единиц. Отсюда возникла необходимость установки в систему автомо­ бильных проводов не только бюков с предохраните­ лями, но и специальных монтажных бюков дм per.e и дм их соединительных разъемов. ЧИС/\О пред0храни­ телей также возроело до 20-30 единиц. 8 В nосдеднее время все злектрооборудоваtiие на борl)' автомобиля условно разбивают на три группы: на ГWППУ потребителей, постояжо ВtWОчежую в борто­ вую змжrросеть при работающем двигателе (устройст­ ва, обеспечивающие работоспособность основных уз. юв и агрегатов автомобиля); на группу потребителей, =tl~-f - с._.,, CЧO--nyno м~~пробеrа ........ _ _.,,,....... ......... ..,.... Рмс.1.10. Комбмнацмя nрмборов современмоrо автомобмАя: в комбинации сочетаются традиционные стрелочные прибо­ ры и цифровой дисплей на жидких кристамах или электрон­ ных световых индикаторах . Добавлена звуковая nредупре. дительная сигнализация для водителя . которые ПОДК11Ючаются к элеКТРОСеТИ автомобиля на некоторое время (стартер, система освещения и сиг­ нализации , стеклоочиститель); на r~пу комфортного электрооборудования (прикуриватеАИ. вентиляторы. кондиционер в салоне. электро!l)ИВОда стеклоnодъем­ ников, теле-, Р<JАИС>- и аудиоаnпаратура и т.п.). Ясно, что по степени важности для движения ав­ томобиля эти три группы Эl\ектропотребителей имеют разное значение. Но если на работающем автомоби­ r.е включить все три группы потребителей одновре­ менно. то на некоторых современных автомоби/\ЯХ это может привести к отбору от бортовой сети до 1,5 кВт мощности (и это не считая стартера). Пере­ грузка бортовой сети чревата серьезными повреж­ дениями в системе электроснабжения. Чтобы не до­ пустить нежелательных перегрузок в системе эюкт· роснабжения на современных автомобилях применя­ ют распредеюние электроэнергии по группам потре­ бителей. При этом в каждой группе также не допус­ кается одновременное включение нескольких мощ­ ных приборов. Так, например. на время включения стартера все остальные потребители, кроме систем впрыска тоn­ лива и зажигания, а также габаритных огней в ноч­ ное время, от аккумуляторной батареи отключаются. Это отключение обеспечивает современный замок зажигания . Другой пример: в салонном кондиционере теперь очень часто устанавливают спеuиальный автоматиче­ ский переключатель, который на время работы конди­ ционера делает невозможным подключение к элект­ росети таких потребителей, как электроподоrрев сте­ кол, электрообогревате/IИ сидений, электродвигате/\И стеклоподъемников и салонных вентиляторов. Этим же целям отвечает и центральный переклю­ чатель света современных автомобилей, который не допускает одновременного включения дальнего и ближнего света . Все это говорит о том, что электроэнергии на бор. ту современного автомобиля уже в ближайшее время может оказаться недостаточно . Отсюда встает зада­ ча значительного уменьшения потребляемой электро­ энергии отдельными бортовыми электропотребителя­ ми. А это становится возможным только с применени­ ем современных прогрессивных технологий и новых конструктивных материалов при изготовлении совре­ менноr-о автомобильного электрооборудования. При­ мером такого подхода может служить установка в фа­ рах высоко:жономичных газоразрядных ламп с высо­ кой светоотдачей вместо галогенных (потребляемая мощность последних значительно выше). 8 Задача улучшения энергетических параметров бортовых устройств при сохранении их функций явля­ ется одним из главных направr.ений в совершенство­ вании электрических и электронных компонентов бортового оборудования. 21.
-Гпававторая============== АВТОМОБИЛЬНЫЕ АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ Сразу заметим: нз всех э11.екrротехннческих устройств современного высокОНЗАежноrо н АОЛ­ rовечноrо 11.еrковоrо автомобнll.Я аккуму11.ЯТОрная батарея - самое ненадежное н неАОМОВВ'l­ нов. Ннзкая НВАежность нан6О11.ее отчет11.НВ0 прояв11.Яется знмой прн попытке запустить про­ мерзший АВНrатеll.Ь в те АНН, когда температура воздУха не превышает -30°С. К сожаленню, АВнrатвll.Ь может н не завестись. Внной тому, как правНll.о, аккуму11.ЯТОрная батарея. НеАОмо­ вечность всем хорошо известна: 11.Юбой самыii современный автомобнльный аккуму11.ЯТор рабо­ тает не болев трех-пяти 11.ет. В чем же здесь дело? Давайте разберемся. 2.1. ОСiщие сведения Автомобильная аккумуляторная батарея (АКБ)• - это обратимый (многократно заряжаемый) химичес­ кий источник Э11ектричеа<оrо тока, состоящий из ше­ сти отдельных КИС11Оrно<винцоеых аккумуляторов, электричесЮ1 соединенных последовательно и консr­ руктиено скомпонованных в единый моноблок• • 2 3 • По КОнстрfКТИВНОМу исnОJ1Нению (рис. 2.1) стар­ терные АКБ подразделяют на: обслуживаемые, маю­ обслуживаемые, необслуживаемые и монолитные. ВНешние отличительные прИзнаки указанных че­ тырех типов батарей следующие: ~ Обс:Ауживаемая АК6 (рис. 2.1, а) имеет корпус· ной моноблок из черного эбонита, разделенный на несколько отдельных аккумуляторных банок. В каж· Рмс. 2.1. Стартериые аккумуАяторные батарем: а - обслуживаемая АКБ; б - ммообс11уживаемая АКБ; в - необс11уживаемая АКБ; r - моно11итная АКБ; 1- монобАок; 2 - крышка; 3 - устройство венти11яции; 4 - клемма АКБ; 5 - индикатор заряженности; 6 - внутреннее соединение аккумуАя­ торов (АК); 7 - соедините11ьный мостик; 8 - nо11ожите11ьный э11ектрод; 9 - сеnаратор; 10 - отрицате11ьный э11ектрод; 11 - змивное отверстие; 12 - б11ок Э/\ектродов АК; 13 - onopa на дно; 14 - nеремычка Д/\Я наружного соединения АК; 15 - за­ АИвочная масса; 16- оnорная nризма; 18 - nробка; 19 - nромадка nод змивку; 20 - активная масса электрода; 21 - свинцовая решетка э11ектрода: 22 - сеnаратор; 23 - измерите11ь уровня э11ектро11ита. nомещенный в nробку. • Автомобн11ьная аккуму11яторная батарея в повселневной речн чаше называется автомобн11ьным аккуму11ятором. В на· учно-текннческой 11нтературе пол термнном •аккуму11ятор• прннято поннмать олнн отле11ьно взятый аккуму11яторный э11е­ мент, вколяшнй в состав батарен_ 22
АвтомобиАЬНые аккумуляторные батареи дую бажу помещается один аJ<КуМуляторный элемент (аккумулятор) борнами (токовыми выводами) вверх. Каждый аккумулятор накрывается защитной пласт­ массовой пластиной с двумя отверстиями под борны и с одним центральным резьбовым отверстием под пробку для заливки электролита. Поверх пластины ак­ кумулятор заливается разоrретой до текучеrо состоя­ ния термопластичной массой, например битумной ма­ стикой. Выступающие вверх токовые выводы (борны) соединяются наружными свинцовыми перемычками, которые припаиваются к борнам. Соединения выпол­ няются так, чтобы все аккумуляторы оказались соеди­ ненными последовательно. на краевые борны напаи­ ваются nолюсные выводы (свинцовые выходные клеммы) батареи, которые имеют конусную форму и разные диаметры у вершины и основания. Конструкция обслуживаемой АКБ позвОJ\Яет про­ водить проверку техническоrо состояния каждого ак­ кумулятора в отдельности (по плотности электролита и разрядному току на контрольную вилку) и в случае его выхода из строя - заменять на новый аккумуля· торный элемент. К основн,~м недостаткам обслуживаемой АКБ отно­ сятся: большие rабариты и вес (в основном из-за при­ менения тяжелоrо и массивного эбонитового корпуса); повышенное омическое сопротивление батареи (в том числе из-за наличия протяженных наружных соедине­ ний); вероятность саморазряда по грязевым мостикам на наружных соединениях; наличие возможности про­ течек и испарения электролита через пробки . 2. МалообсАуживаемая АК6 (рис. 2 .1 , б) собира­ ется в полупрозрачном пластмассовом корпусном мо­ ноблоке (из полипропиленовой или полиэтиленовой термопластмассы) с применением внутренних соеди­ нений между отдельными аккумуляторами под общей герметичной крышкой. Это уменьшает габариты и вес АКБ, а также исключает случайный саморазряд по в~ним грязевым мостикам. Каждый аккумулятор имеет отдельную заливную пробку, что позволяет контролировать его состояние по плотности и уровню электролита. Внутреннее со­ противление меньше, чем у обслуживаемых АКБ. Главный недостаток малообслуживаемой АКБ - не­ возможность измерить напряжение на каждом аккуму­ ляторном элементе в отдельности и исключительная трудоемкость при его замене на новый аккумулятор. З. Необсt.уживаемая АК6 (рис. 2.1 , в) принципи­ ально отличается от малообслуживаемой отсутствием пробок для заливки электролита и наличием на корпу­ се индикатора заряженности. Имеется также венти­ ляционный клапан. Батарея заправляется электроли­ том на заводе-изrотовителе. Внутренние соединения выполняются через стенки аккумуАЯТорных банок. Не. обслуживаемая АКБ считается неремонтоnригодной. Основное преимущество - повышение эксплуатаци­ онной надежности из-за исключения потребности в доливке и в контроле за уровнем электролита и как следствие - более Д11ИТельНЫй срок службы. 4. МоноАитная АК6 (рис. 2 .1 , г) - это НОВЫЙ тип автомобильной аккумуАЯТорной батареи, созданный с применением ленточных электродов, которые после сборки аккумуАЯТорных элементов и пропитки электро­ литом сворачиваются в трубки. Основные внешние от­ личия - аккумуляторы имеют цилиндрическую форму и внешние соединения с обеих сторон аккумуляторных цилиндров. Главные преимущества: малогабаритность, значительное увеличение тока холоднай nрокрутки, долговечность. Недостаток - высокая стоимость. 8 Основное назначение АКБ на борту автомоби­ ля - это работа на электростарrер при пуске двигате­ ля внутреннего сгорания (ДВС). Именно поэтому ее ча­ сто называют стартерной аккумуляторной батареей. В исправной автомобильной стартерной батарее отдельные аккумуляторы совершенно идентичны. Это позвОJ\Яет рассматривать устройство и работу батареи на примере одного аккумулятора. Каждый аккумулятор в АКБ представляет собой активную электрохимическую систему: (2.1) включающую в себя пластины из губчатого свинца РЬ и пластины из двуокиси свинца РЬО2, которые разделены друг от друга сепараторами , помещены в кислотостойкую аккумуляторную банку и залиты сер­ нокислотным электролитом H 2S04 + Н 20. В общем случае электролит - это жидкое, желе­ образное или даже твердое химическое соединение, обладающее ярко выраженной ионной электропро­ водностью. В таких веществах имеет место электро­ литическая диссоuиаuия, т.е. полный или частичный распад растворенного вещества на ионы вследствие его взаимодействия с растворителем . В автомобильных аккумуляторах электролитом f'ЕЛЯ­ ется ~й ВОДНЫЙ раствор серной кислоты H2S04 в дистиллированной воде Н20 с массовой концентраци­ ей в 28•••40% и с плотностью 1,21•••1,31 г/см 3• Рабо­ чая температура АNoо такого сернокислотного электро­ лита лежит в интервале -ЗО. •• +50°С. Конструктивно каждый аккумулятор содержит не­ сколько положительных и несколько отрицательных пластин, которые по знаку полярности собраны в по­ лублоки. Таким образом, каждый nолублок представ­ ляет собой аккумуl\ЯТорный электрод, набранный из парамельно соединенных пластин. При сборке акку­ мулятора полублоки вдвигаются друг в друга и тем са­ мым образуют аккумуляторный моноблок. Внутри мо­ ноблока все пластины разделены сепараторами. Классическая конструкция аккумуляторноrо моно­ блока показана в правой части рис. 2.1 . а. Аналогич­ ную конструкцию пластинчатых электродов имеют все современные батареи (рис. 2.1 , б, в), кроме мо- 23
ГА8882 нолитных. Известные конструкции электродов моно­ литных аккумуляторов представляют собой длинные тонкие свинцовые ленты, между которыми проложе­ ны пропитанные электролитом ленточные сепарато­ ры, и все зто свернуто в трубку (рис. 2.1, г). 2.2 . Устройство аккумуnятора Как положительные, так и отрицательные пласти­ ны аккумулятора содержат внутри жесткий каркас, выполненный в виде тонкой сетчатой решетки из ле­ гированного сурьмой, мышьяком, кадмием, оловом или кальцием свинцового сплава, что делает решет· ку жесткой. Свинцовые решетки выполняют также роль внутренних электросоединителей. Оптимальная толщина свинцовых решеток в современных аккуму­ ляторах не превышает 1,2 мм для отрицательных и 1,5 мм для положительных электродных пластин. масса решеток составляет около половины от пол­ ной массы электродов. 8 В ячейки решеток вмазываются пастообраз­ ные активные массы . Активная масса отрицательных пластин - губча­ то-пористый свинец РЬ с диаметром пор не более 5 мкм, а положительных пластин - мелкопористая двуокись свинца РЬО2 с ячейками 10. •• 15 мкм . Активные массы для электродных пластин форм~+ руются из свинцовых порошков сурика РЬ304 и глета РЬО. которые растираются в слабом водном раство­ ре (5 •• •8%) серной кислоты до пастообразного состо­ яния . Приготовленные таким образом пасты вмазы­ ваются в ячейки свинцовых решеток. Решетки су­ шатся и формуются постоянным электрическим то­ ком, в результате чего на пластинах с суриком обра­ зуется красно-коричневая положительно сухозаря­ женная двуокись свинца РЬО2 , а на пластинах с гле­ том - се~я. отрицательно заряженная свинцо­ вая губчатая поверхность. Адгезия (сцепление) ак­ тивных масс с решетками достаточно высокая и при заливке аккумулятора электролитом еще несколько повышается за счет химического спекания . Для увеличения площади соприкосновения электро­ лита с электродами активные массы имеют пориС1)1Ю cтpyiqypy. Такая структура на положительных пласти­ нах РЬО2 создается добавлением в сурик РЬ304 расши­ рительных волокон, например из полипропИ11ена. По­ мимо расширения, волокна армируют двуокись свин­ ца. На отрицательных пластинах пористость создается вспениванием микрочастиu порошкового глета РЬО при его электротермическом преобразовании в губча­ тый свинец в присутствии микрозернистого, например rуматного, расширителя и сернокислого бария Ва504• Сразу после изготовления электродных пластин пористые ячейки в активных массах непроницаемы, так как между пустотами остаются тонкие пленочные 24 перегородки. После первичной заливки аккумулято­ ра пленочные перегородки протравливаются серной кислотой, что приводит к образованию микрокана­ лов для проникновения электролита в глубину актив­ ных масс. При этом в губчатом свинце образуются микроканалы с проходным сечением в 20...25 мкм 2, а в массе двуокис1о1 свинца, наполненной волокнис­ тым расширителем, каналы достигают сечений в 250 мкм 2. Микроканалы увеличивают рабочую по­ верхность электродных пластин в 50-80 раз по срав­ нению с их геометрическими размерами. Технология изготовления ленточных электродов для трубчатых аккумуляторов аналогична производст­ ву оксидных конденсаторов. однако состав свинцо­ вых сплавов для электродных лент и сосrав веществ для активных реагентов разработчиком и фирмами­ изготовителями не публикуются . 8 Сепаратор, расположенный между электродны­ ми пластинами, - зто легко проницаемая для элект­ ролита и легко им смачиваемая сетчатая или крупно­ пористая пластина из КИСЛОТОСТОЙКОГО изоляционно­ го материала. В качестве сепараторов используются, например, полихлорвиниловые пористые пластины (мипласт), сетчатые пластины из тонкого листового эбонита (мипор). Для монолитных аккумуляторов в качестве сепараторов применяют натуральный шелк­ сырец на стекловолоконной подоснове или стекло­ войлок. такие сепараторы обладают высокой гигро­ скопичностью и легко сворачиваются в трубки . 2.3 . Электрохимические процессы в аккумуляторе Электрохt.-r.1ическую систему [-РЬ)[Н~4 + H20I~ свинцово-кислотного аккумулятора конструктивно можно представить в виде двух электродных пластин +РЬО 2 и -РЬ. опущенных в банку с сернокислотным электролитом Н2504 (рис . 2 .2) . 8 Из химии хорошо известно . что если свинцовую пластину опустить в раствор серной кислоты, то на ее поверхности начнет протекать химическая реакция растворения. Отходными продуктами этой реакции станут сульфат свинца РЬSО4 и атомарный водород Н: (2.2) Аналогичная реакuия растворения будет иметь место и на поверхности пластины. которая покрыта двуокисью свинца: Здесь отходные продукты - все тот же сульфат свинца, вода и свободный кислород. Стрелки вверх (f) указывают на наличие газовыделения.
Однако химические уравнения (2.2) и (2.3) не со­ дерЖат информации о промежуточных электрохи­ мических проuессах, которые приводят к появле­ нию электрических потенuиалов на электродных пластинах аккумулятора. ВоспО11Ним этот пробел следующими замечаниями. Появление электрической разности потенциалов в llЮбом химическом источнике тока связано с про­ теканием в нем окиС11ИТельно-восстановительной ре­ акции, при которой активное вещество отрицатель­ ного электрода отдает электроны, т.е. окисляется, а активное вещество положительного электрода при­ нимает электроны и тем самым восстанавливается. Вещество, отдающее электроны, называется восста­ новителем электрохимической системы, а вещество, принимающее электроны - окислителем. При этом и окислитель, и восстановитель предварительно рас­ творяются электролитом. На положительной пластине (на окислителе) по­ следовательность процесса растворения и появле­ ния электрического потенциала связана с восстанов­ лением ионов свинца РЬ4" из двуокиси РЬО2 свинца. Сначала серная кислота, взаимодействуя с дистими­ рованной водой, диссоциирует, т. е. распадается на положительные ионы н+ водорода и на отрицатель­ ные ИОНЫ HS04- серной кислоты: (H2S04) Н2~ (HS04- + Н") Н20 . При этом электролитическая диссо­ циация кислоты приводит к пояВ11ению свободных но­ сителей зарядов в электролите : H2S04+Н2О=HS04-+3н++2е+о. Ионизированный раствор серной кислоты HS04- является активным растворителем метамов и их окислов. Поэтому на пластине [+РЬО2] частично растворяется двуокись свинца с образованием сульфата свинца и двух молекул химически актив­ ной воды: ,so. ЭЛВКТJ>ОГ61Т АК-баt«а /сепаратор Рис. 2.2 . АвтомобмАьные аккумуАS1Торные батареи РЬО2 + (HS04- + 3н+ + 2е) = РЬSО4 + 2Н2О. Молеку/\Ы Н 20, только что вышедшие из химичес­ кой реакции, об/\адающие свойствами агрессивного растворителя, интенсивно взаимодействуют с дву­ окисью свинца, в результате чего образуются четы­ рехвалентные ионы РЬ4+ свинца и одновалентные ио­ ны он- гидроксилов: РЬО2 + 2Н 20 = РЬ4+ + 40Н-. Тя­ желые ионы свинца не покидают пластину РЬО2 и за­ ряжают ее положительно, а ионы он-. оставаясь в растворе, заряжают граничную зону электро11ИТа от­ рицательно. Общее уравнение, описывающее электрохимиче­ ские процессы и равновесие электрических зарядов на положительной nластине, имеет следующий вид: 2РЬ02 + H2S04 + Н2О = 2РЬО2 + [HS04- +3Н+ + +о+2е]=[PbS04+РЬ4+]+[4он-+О], (2.4) где [РЬSО4 + РЬ4"]- реагенты на пластине РЬО2; [4он- +О]- реагенты электро11ИТНого раствора. Из уравнения (2 .4) видно, что в процессе электро­ литического растворения пластина РЬО2 получает по­ ложительный заряд, а раствор электролита относи­ тельно пластины РЬО2 - отрицательный. Возникающая таким образом разность nотенциа- 1\ОВ, достигая определенных значений, прекращает растворение активной массы РЬО2, так как при этом нас1)'Пает нейтрализация сил З11ектролитического рас­ творения силами электростатического поля. Энергия химических реакций растворения двуокиси свинца переходит в энергию 31\ектрического потенциала ер+0 • Уравнение (2.4) наглядно проимюстрировано рис. 2 .3 , который предстаВ/\Яет собой тоnограмму гра. ничной зоны у положительной П11ЗСтины +РЬО2 и отоб­ ражает следующее: - Электролит (H 2S04 + Н20) смачивает поверх­ ность положительного электрода (блок а). - Происходит диссоциация кислоты, и ионизиро­ ванная серная кислота HS04- растворяет активную массу 2РЬО2• Свободный кислород О пузырьками вы­ деляется в электролит (блок б). - При растворении активной массы образуются молеку11Ы воды Н20 и сульфат свинца РЬSО4 . Суль­ фат оседает на поверхность пластины РЬО2 (б/\Ок в). - Молеку/\Ы воды, только что вышедшие из реак­ ции, активно растворяют двуокись свинца РЬ02 на поверхности положительной пластины (блок г). - При растворении из двуокиси РЬО2 свинца вос­ станавливается чистый свинец в виде четырехва­ лентных ионов РЬ4+, которые остаются на поверхно­ сти пластины РЬО2 и заряжают ее положительно; ио­ ны он- гидроксильных групп образуют условную по­ верхность граничной зоны и тем самым заряжают электролит отрицательно (блок д). - Возникшая разность потенциалов (блок е) на­ зывается равновесным потенциалом положительно- 25
rмва 2 ro электрода , или просто электродным потенциалом (/)+ = (/)+o _(/)-R • На отрицательной пластине (на восстановителе) имеет место электролитическое растворение свинца , при котором rубчатый свинец окисляется до четырех· валентноrо иона РЬ4+. В растворении участвует сер. ная кислота. Свинец расщепляется на положитель­ ные ионы рь4•, которые выпадают в раствор элект­ ролита и заряжают ero положительно. Образовавши­ еся свободные электроны остаются на поверхности свинцовых пластин, которые таким образом приоб­ ретают отрицательный заряд. Возникает разность потенциалов <р_ = <р0- - (/)+R в rраничной зоне у отри­ цательных пластин аккумулятора, которая называет­ ся равновесным потенциалом отрицательноrо элект· рода, И/1И электродным потенциалом <р_. Korда потен­ циал <р_ уравновешивает силы растворения, электро­ литический процесс прекращается. Энерrия химиче­ ской реакции растворения rубчатоrо свинца перехо­ дит в энерrию электрическоrо потенциала <р_. Общее уравнение химической реакции и электриче­ скоrо равновеа.1Я у отрицательных 111\ВСТИН имеет ВИд: Рмс . 2.Э. Р11с. 2.4. 26 2РЬ+H2S04--+ РЬSО4+2е+2н· +рь4•+ + 4е--+ [РЬSО4 + 4е] + [РЬ4+ + Н2], (2.5) rде [РЬSО4 + 4е] - реаrенты на отрицательно заря­ женной пластине РЬ; [РЬ4+ + Н2] - реаrенты в поло­ жительно заряженном электролитном растворе . Уравнение (2.5) rрафически пояснено топоrрам­ мой rраничной зоны у отрицательной пластины -РЬ (рис. 2.4). Так происходит первичное накопление положи­ тельных электрических зарядов на пластинах РЬО2 и отрицательных зарядов - на пластинах РЬ после первичной заливки аккумулятора сернокислотным электро/\ИТОМ. Разность потенциалов между электродами - есть электродвижущая сила (ЭДС) Еа аккумулятора. она определяется как разность значений электродных по­ тенциалов Е,, = (/)+ - <р_ у противоположных пластин, которая для свинцово-кислотных аккумуляторов в обычных условиях в среднем равна 2,1 В. Так как чис­ ло аккумуляторов в АКБ равно шести, ЭДС залитой су­ хозаряженной автомобИllЬНой батареи равна 12.6 В. Из сказанноrо ясно, что первично сформирован­ ная ЭДС аккумуляторной батареи не является следст­ вием ее заряда от внешнеrо источника электричес­ кой энерrии, а есть результат начальных электрохи­ мических превращений в сухозаряженной АКБ при ее заливке электролитом . Спустя два-три часа после заливки батарея набирает 80••• 90% номинальной ем­ кости и rотова к эксплуатации без подзарядки. Полу­ чается так: в аккумуляторе при ero заливке электро­ литом часть активных масс и серной кислоты расхо­ щется на первичное формирование разности потен­ циалов междУ электродами, тем самым аккумулятор приводится в рабочее состояние. На это затрачива­ ется часть от номинальной емкости аккумулятора (не более 5%), которая быстро восстанавливается в пер. вом зарядном цикле. В необслуживаемых и монолит­ ных АКБ заправка электролитом производится в за­ водских условиях, rде после этого емкость батареи доводится до номинальной. 2.4 . Первичнь~й разряд аккумулятора В каждом аккумуляторе полностью заряженной батареи еще до подключения ее к внешней нагруз­ ке на положительных электродах сосредоточено зна­ чительное количество четырехвалентных ионов РЬ4+ свинца (см. уравнение 2.4), а на отрицательных эле­ ктродах - значительное количество свободных эле­ ктронов (уравнение 2.5). В электролите в rран111чных зонах Э/\еКтродов сосредотачиваются ионы гидро. ксильных групп ОН (у пластин РЬО2) и ионы свинца Рь4+ (У пластин РЬ). Такое состояние является состо­ янием устойчивого электрохимическоrо равновесия
и может сохраняться в аккумуляторе достаточно домо. Но как только внешняя электрическая цепь будет замкнута. под действием ЭДС аккумулятора начнется движение свободных электронов через на­ rрузку от минусовой клеммы аккумулятора к плюсо­ вой, а также свободных ионов внутри аккумулятора через Э/\еКТро/\ИТ. Так возникает электрический ток lp разряда акку­ мулятора. на положительных электродах nод дейст· вием излишка приходЯЩИХ электронов начинается восстаноw.ек.tе четырехвалентных ионов свинца до деухвалентноrо состояния: Рь4• + 2е = Рь2•. на от· рицательных электродах под действием истечения уходящих электронов будет иметь место окисление rубчатого свинца: РЬ - 2е = рь2•. Образовавшиеся под действием разрядноrо тока двухвалентные ионы свинца и на поюжитеl\ЬНых, и на оrриuатедЬНЫХ nластинах вступают в химическую ре­ акцию сульфатации с ионизированной серной кисло­ той электролита. На положительных Пl\аСТИНах су/\Ьфа­ тация протекает в присутствии ионов гидроксИllЬНых rрупп с образованием сернокисюго свинца и воды: РЬ2• + Н504- +он-__. Рь2• + н· + 5042- +он-= РЬSО4 + Н2О. На отрицательных пластинах аналогичная химиче­ ская реакция начинается llOCJ\e того, как на их по­ верхность поступят свободные ионы он- гидроксилов от положительных Пl\аСТИН, т.е. после возникновения разрядноrо ионноrо тока в электролите аккумулятора. Таким образом, при разряде и на поюжительном, и на отрицательном электродах предварительно скаП/\И­ ваются положительные двухвалентные ионы рь2• свинца, которые затем леrко вступают в ковалентные связи с отрицательными двухвалентными ионами кис· ютноrо основания 5042- , что и прив одит к обр аз ов а­ нию сульфата свинца: РЬ2• + 5042- __. РЬ504• Так как З11еКТрожый ток lp разряда протекает по внеu.ней З11еКТриЧеСКой цвгм под действием установив­ wеrося на меммах АКБ напряжения ~ =6 u. то ба­ тарея за время tp разряда совершит работу, равную эле­ ктрической энергии, ОТданноЙ АКБ во внешною цепь: t w = I lp(t)Uбp(t)dt. о Отдавая энергию, батарея разряжается, и ее на­ пряжение Uбр постепенно падает. Если падающее во времени значение напряжения Uбp(t) в подынте­ rральном выражении заменить средним значением Uбр за время t,, разряда, то при постоянном токе lp разряда (lp = coпst) можно определить энергию раз­ ряда батареи: Wt>p =Ut>p lp t., = Ut>p Ср• где Ср = 1р t,,- разрядная емкость батареи. Интересно отметить, что разрядная емкость батареи равна раз­ рядной емкости одноrо отдельно взятоrо аккумулято­ ра, т.е. Ср = Сра. Это имеет место потому, что ем­ tЮСТЬ батареи есть тока-временной, а не энергетиче- Автомобим.ные аккумуАЯТорные батареи ский показатель. и ток батареи не может быть боllЬ­ ше тока, протекающего через один аккумулятор. Из сказанноrо ясно - во время разряда АКБ от­ дает электрическую энергию во внешнюю цепь, при этом электроды всех ее аккумуляторов "обрастают" сульфатом свинца, а мотность электро11ИТНого рас­ твора в аккумуляторных банках падает: РЬ + РЬО2 + 2Н2504 (разряд) __ . 2РЬSО4 + 2Н2О. 2.5 . Заряд аккумулятора от внеwнеrо источника тока (2.6) Совершенно очевидно, что электрическая энер­ rия электродных потенциалов. первоначально полу­ ченная в аккумуляторе за счет ero заливки электро­ литом , рано или поздно истощится. Это может про­ изойти как от работы аккумулятора на полезную на­ rруэку, так и от длительного его хранения за счет са­ моразряда. В этом смысле аккумуляторы ничем не отличаются от одноразовых rальванических элемен­ тов, которые относят к химическим источникам тока (ХИТ) первого рода. Однако , электрохимическая система [-РЬ][Н2504 + Н2О][+РЬ02] аккумулятора обладает свойствами восстановления химических реагентов под воздействием обратного тока от внешнеrо источника электрической энергии. При этом внешняя электричес­ кая энергия превращается в потенциальную химичес­ кую энергию восстановленных реаrентов. Химические источники тока , обладающие свойетаом вновь заря­ жаться от внешнего зарядного устройства, относятся к ХИТ второго рода. В таких источниках имеет место не накопление электрической энергии в виде энергии за­ рядов в конденсаторе, а аккумуЛЯJия. т.е. обратное со­ бирание в элементах электрохимической системы хи­ мически актvеньJХ реаrентов, ранее растраченных на токообраэование в прямом направлении. На отриuательной пластине РЬ обратное электро­ химическое преобразование при заряде аккумулято­ ра протекает по следующей закономерности: РЬSОс+Н2О__. Н~О4+РЬ+OJ., а на положительной мастине РЬО2: РЬSО4+2Н2О __. H2S04 + РЬО2 +2HJ.. Стрелки вниз (J.) указывают на перемещение ре­ агентов в Э/\ектролите. данные химические реакции протекают под воз­ действием внешнеrо электрического тока от заряд­ ного устройства, что вначале приводит к разложе­ нию сульфата свинца на ионы: РЬSО4+Н20__. РЬ2•+ 5042-+ Н20- наотриuа­ тельной пластине: РЬSО4+2Н2О __. Рь2•+ 5042- + 2Н2О - наполо­ жительной пластине. 27
rАаВа2 Далее на отрицательной пластине двухвалентный Из выражения 2 .7 видно, что в проuессе заряда свинеu нейтрализуется поступившими от зарядного аккуму11Ятора восстанавливаются не только реагенты, усТрОйства элекТрОнами и происходит восстановле­ ние rубчатого свинuа: рь2+ + 2е = РЬ. Одновременно образуется серная кислота и отриuательный ион 0 2- кислорода: Н20 + 5042- = Н2504 + 02-. На положительной пластине при избытке воды двухва11ентный ион свинuа отдает два элекТрОна во внешнюю uепь (зарядному усТрОйству) и доокисляет­ ся до четырехва11ентного иона РЬ4+. который вступа­ ет в реакuию с водой и соединяется с двумя ионами атомарного кислорода 202- , за сч е т че го восстанав- 11ИВается активная масса положительной пластины: РЬ4++2Н20=Р~ +4Н+. Здесь так же образуется серная кислота в элект­ ролите и два иона водорода: 4н+ + 5042--+ Н25О4 + 2н+. Ионизированные атомы кислорода, образовав­ шиеся у отриuательной пластины, и ионизирован­ ные атомы водорода, образовавшиеся у положи­ тельной пластины, в современных необслуживаемых аккумуляторах перемещаются в электролите в про­ тивоположных направлениях: отриuательные ионы 0 2- кислорода к положительной пластине +РЬО2, а положительные ионы н+ водорода - к отриuатель­ ной пластине -РЬ . На положительных пластинах от­ риuательные ионы кислорода отдают электроны и переходят в атомарный кислород: 0 2- - 2е = О. На отриuательных пластинах положительные ионы во­ дорода нейтрализуются свободными электронами 2н+ + 2е = Н2 , что приводит к •дефиuиту• электро­ нов на отрицательном электроде, и как следствие - к постепенному уменьшению тока заряда . далее на пластинах происходит накопление ионов до тех пор, пока созданный ими дополнительный электродный потенuиал не повысит напряжение на клеммах акку­ мулятора до запорного значения U3 = 2,5•••2,7 В. При этом внутреннее сопротивление аккумулятора резко возрастет, а ток заряда практически прекра­ тится. Наступает состояние полного заряда (полного восстановления активных реагентов) аккумулятора. После этого вся энергия электрического тока от за­ рядного устройства начнет затрачиваться только на разложение воды на водород и кислород : Н20 -+ 2Н + О. В прежних конструкциях аккумулято­ ров в конuе заряда имело место интенсивное газо­ выделение, что являлось признаком окончания про­ uесса заряда. В современных необслуживаемых и монолитных аккумуляторах газовыделение не проис­ ходит, так как наступает эффект запирания заряд­ ного тока в начале газовыделения. Общее токообразующее уравнение химических пре­ врацений в аккумуляторе при его заряде примет вид: 2РЬS04 + [ЗН 20 + Н2504] (заряд) -+ РЬО2 + РЬ+ [ЗН2504 + Н20]. (2.7) 28 но и увеличивается конuентраuия серНой кислоты : в электролите свободных молекул воды становится меньше, а молекул серной кислоты больше. Ясно, что при этом увеличивается плотность элеКТрОлита, кото­ рая может служить мерой заряженности аккуму11ЯТора. 2.6 . Обратимость процессов в аккумуляторе Токообразующее уравнение 2.7 показывает, что свинuово-кислотный аккумулятор при заряде не на­ капливает электрическую энергию, а преобразует ее в число молекул химически активных реагентов. При разряде химическая энергия реагентов в проuессе реакuии растворения переходит в электрическую энергию электродных nотенuиалов , которая и созда­ ет ЭДС аккумулятора. В уравнении 2 .7 из правой и левой части можно исключить по одной. молекуле во­ ды Н20 и по одной молекуле серной кислоты H2S04. Тогда станет очевидным, что выражения 2 .6 и 2 .7 совершежо идентичны, но направления описывае­ мых ими электрохимических превращений противо­ положны . Это означает, что химические реакuии разряда и заряда взаимообратимы. и для их обрати­ мости необходимо и достаточно поменять направле­ ние тока внутри аккумулятора . Тогда разрядно-зарядному циклу химических пре­ вращений в аккуму11Яторе будет отвечать уравнение общей токообразующей реакuии: РЬ + 2Н2504 + ~ +-(заряд) +-+ (разряд) -+ 2РЬ 504 + 2Н 20. (2.8) Формула 2 .8 отображает обратимость химичес­ ких проuессов , происходящих в аккумуляторе, что было впервые описано теорией двойной сульфата­ uии еще в 1883 г. д. Гладстоном и А. Трайбом . Эта теория применительно к свинuово-кислотным аккуму­ ляторам говорит о том, что когда аккумулятор разря­ жается, часть активных химических реагентов пере­ ходит в сульфат сви1-t..1а и в воду. При заряде аккуму­ лятора химические реакuии протекают в обратном направлении и активные реагенты восстанавливают­ ся. Однако аедует иметь в виду, что полного восста­ новления активных масс во время заряда не проис­ ходит даже в совершенно новом аккумуляторе и да­ же при идеальных условиях заряда. От uикла к uиклу на электродах в АКБ накапливается сернокислый свинеu (сульфат), и рано или поздно батарея оконча­ тельно выходит из строя. Этому же сnособствует и так называемый саморазряд аккуму11Ятора, который невозможно исключить полностью.
=Глава третья================ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОМОБИЛЬНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ Во второй главе поАробно рассмотрены теоретнческне аспекты принципа Аействня н конструк­ тивного нсполнення автомо6НJ1ЬНЫХ аккумуАЯТорных батарей. Настоящая гмва посвящена опн­ санню основных параметров н характеристик этого устройства. 3.1. Предварительные замечания Уже отмечаюсь. что идентичность отде11ЬНых акку­ муляторов в исnравной аккумуляторной батарее (АКБ) nозволяет рассматривать ее устройство и nринциn действия на nримере одного аккумулятора. То же са­ мое можно допустить nри рассмотрении nараметров и характеристик. Под nараметрами электротехнического устройст­ ва nринято nонимать совокуnность эксnлуатационно­ технических nоказателей, каждый из которых отоб­ ражает то или иное его свойство. Характеристикой устройства называют зависимость одного nараметра от другого nри nостоянстве всех остальных. к основным nараметрам СВИНЦОВО-КИС/\ОТНОГО аккумулятора относятся: - электродвижущая сила ЭДС Ев (в вольтах): - плотность З11ектролита у в аккумуляторе (в r/см3); - nо/\НОе внутреннее соnротиВ11еНие R8 (в омах): - наnряжение на клеммах аккумулятора u. (в ВО/\ЬТах); - номинВllЬНая емкость аккумулятора С.. (в ам­ nер-часах); - nродолжительность хранения t•P и срок службы t.:л (в месяцах) . Основными характеристиками аккумулятора ЯВllЯ­ ются З11ектродная характеристика Е8 = f(y) и времен­ ные разрядно-зарядные характеристики (зависи­ мость основных nараметров от времени tp разряда или времени t 3 заряда). Рассмотрим указанные nараметры и характерис­ ТИЮ1 свинцово-кислотного аккумулятора. 3.2. Электродвижущая сиnа аккумуnятора ЭАеКТрОдвижущая сила Е,, яВ11Яется основным па­ раметром сеинцово-кисютноrо аккумулятора. она оnре­ деляется а~mtеностъю химических реагентов (РЬ, ~. 1:1 2504, Н20), входящих в состав электрохимической си­ стемы аккумулятора, но nри этом Никах не зависит от количества элеt<ТрОf\ита и активных масс на э.'1€ктрОд· 1;1ых п~гстv.нах, а также от их форм и размеров. Величина ЭДС Еа оnределяется как разность рав­ новесных электрических nотенциалов 1Р меж,ду элект­ родами nри отсутствии nротекающего через аккуму­ лятор электрического тока: Еа = IP+ -1Р-· Так как IP+ > ip_, то ЭДС всегда nоюжительна. Таким образом, ЭДС яВ11Яется стационарным физико-химическим nараметром, зависящим от nрироды взаимодействующих реагентов и указыва­ ющим на nотенциальную сnособность аккумулятора nоддерживать на электродах З11ектрическое наnря­ жение в токовой цеnи. Электродвижущая сила заряженного аккумулято­ ра сохраняется достаточно nродолжительно. Численное значение Е. может быть найдено из теоретической закономерности: Е. = 2,047 + KТlna. (3.1) где Т - абсо11Ютная температура; К- nостоянный коэффициент, характеризующий физико-химические свойства активных масс электродов; а - коэффици­ ент, характеризующий активность электролита. Однако на nрактике nользуются эмnирической формулой Аf1Я оnределения ЭДС: Е,, = 0,84 + (0,00075 (Т - 25) + Ут]. (3.2) где выражение в квадратных скобках соответствует значению nютности у25 З11ектролита. nриведенному к темnературе 25°С; Ут - nютность электролита при темnературе Т"С измерения. Химическая активность реагентов, собранных в З11ектрохимическую систему аккумулятора. слабо за­ висит от температуры, что наrllЯднО может быть nо­ казано дифференцированием выражения (3.1) no температуре; dE/dT =0,0004 (В/0С). При изменении темnературы от -30 до +50°С (в рабочем диаnазоне мя АКБ) электродвижущая си­ ла каждого аккумулятора в батарее изменяется всего на 0,04 В. На nрактике таким незначитель­ ным изменением nренебрегают и считают. что ЭДС Е", выраженная в вольтах. зависит только от приведенной плотности электро11ита. выраженной о г/см3: 29
ГАаВа З Еа =0,84 + у25 (В). (3.3) Таб,..ща 3.1 Так, если плотность Э11ектролита в банках nолно­ стью заряженной батареи nри Т = 25°С равна 1,28 г/еt~.3. электродвижущая сила в каждом аккуму­ ляторе Еа = 0,84 + 1,28 = 2,12 В, а ЭДС батареи рав­ на 12,72 В. Практичеа<и электродвижущую силу аккумулятор­ ной батареи можно измерить вольтметром с высо­ ким внутренним сопротивлением. 3.3. П11отность э11ектро11ита Э1111ктроАИТ в автомобильном свинuово-кислотном аккумуляторе - это 30%-ный раствор серной кисло­ ты H;z50 4 в дИстиллироеанной воде Н20. Аккумуляторная серная кислота, nостуnающая в продажу, содержит 94% химически чистой кислоты H;z504 • Она прозрачна, не имеет цвета и запаха, ки­ пит при температуре 33°С, имеет nлотность у"= 1,83 г/см 3• Чаще в торговую сеть поставляется Э11ектролитный раствор с плотностью у,.. = 1,4 г/см3 или с nлотностью, требуемой для данного климатиче­ ского региона. Под плотностью электролитноrо раствора (или кислоты) понимают отношение массы вещества (в граммах) к занимаемому им объему (в см3). Таким образом, nлотность - это параметр электролита, по­ добный его удельному весу. Плотности электролита 1,10••• 1,30 г/см3 соответствует массовая концен­ трация серной кислоты в 28••• 40%. В исправной автомобильной аккумуляторной бата­ рее nлотность электролита может находиться в преде­ лах от 1,07••• 1,3 г/см 3• Разброс значений плотнос­ ти электролита в банках полностью заряженной исправной АКБ не должен превышать 0,01 г/см 3• Если батарея разряжена, значение nлотности в банках АКБ может быть различным. Это зависит от состояния разряженности данного аккумулятора, от его техничеа<ого состояния, а также от nлотности первоначально залитого в него электролита . При выборе nютности электролита для первоначаль­ ной заливки приходится выбирать между продолжитель­ ностью срока службы АКБ, который с уменьшением nютности увели"'1вается, и емкостью батареи, которая с понижением плотности электролита уменьшается. Кроме того, с увеличением плотности электроли­ та до 1,30 г/см 3 батарея может храниться при бо­ лее низкой температуре (Т ~..зо = -60°С) без причи­ нения ей ущерба (без размораживания активных масс электродов). В рабочем свинцово-кислотном аккумуляторе плотность ниже 1,07 г/см3 недоnустима, и не только из-за раннего замерзания электролита (Тi..01 = -5°С), но и no причине падения емкости аккумулятора при 30 tq,' C 1ре1111 3ОН1 (llllL) 1'ОД11 - 50---30 зима -15.--5 11О1О t;c (38Мllp3.) 1 -(&l._ _ 68) ::!50-.5 8 1 - 158--64) --152.-IIOI 1и -мотносn. "* Т=25"С, (r/см3} "* ПОС118 -· аар11Д8 АК& 128 1.30 1.24 t _ 126 1.26 1.28 - - 125 1.27 1.24 i 1.28 - 1.22 1.24 1-20 1.22 1.18 1-20 нормальных температурных условиях (Т > 10°С). Та­ ким образом, nлотность электролита во всех аккуму­ ляторных банках автомобильной стартерной батареи должна поддерживаться одИнаковой и в определен­ ных границах в соответствии с заданными условиями эксплуатации, которые значительно отличаются для разных климатичеа<их регионов . ГОСТ 16360-80 определяет климатичеа<ие регио­ ны no среднемесячной температуре t.:., 0С воздуха в январе . с учетом требований госта составлена таблица 3.1 . Проводить сезонное изменение плотности элект­ ролита необходИмо только в широтах, где средняя температура января ниже -3С°С. Электролит nриготавливают вливанием кислоты в воду, а не наоборот. Важно отметить, что в начале составляют электролит в nроnорции 0,42 л 94%-ной кислоты и 0,65 л дистиллированной воды. При этом nолучается электролит с nлотностью 1,4 г/см 3 (при Т = 25°С) . Далее электролит разбавляют до нужной nлотности в дистиллированной воде. Для nолучения одного литра электролита требуемой плотности при эксnлуатаuии батареи в средних широтах России 0,6 л электролита с плотностью у25 = 1,40 г/см3 не­ обходИмо влить в 0,4 л дистиллированной воды. По­ лучится электролит с плотностью у25 = 1,24 г/см 3• После nолной зарядКИ плотность во всех банках АКБ достигает номинального значения 1,26 г/см3• Для московского региона круглогодИчная плотность в полностью заряженной батарее несколько выше - 1,27 г/см 3• Если необходИмо повысить плотность электролита непосредственно в аккумуляторе, то доливают нв кислоту, а электролит с плотностью 1,4 г/см3• При этом производят также выравнивание плот­ ности и уровня электролита в разных банках, что де­ лают в процессе заряда батареи. Измеряют уровень с помощью стеклянной мерной трубочки, а плотность электролита - с помощью ден­ симетра (аэрометра) или с помощью поплавкового nлотномера. НеобходИмо также наличие гра.щсника.
Параметры и характеристики автомобМАЬных аикумумпорных батарей 1 "" Л 11 r/ol.s 012 - -ЬПс сt -М: -30 -20 -to_ о 10 20 40 .50 - 00 г-1- [оо; 1 1 '""' -1 - •У rL" rlcм1 Рис. 3.1 .. После измерения плотности и температуры элеtп­ ролита измеренную плотность приводяr к температу­ ре +25°С по формуле у25 = Ут + 0,0007 (Т-25) или с помощью графика, показанного на рис. 3.1 , на кото­ ром слагаемое 0,0007 (Т-25) обозначено как вели­ чина температурной поправки ду (г/см3). Из графика видно, что в интервале температур (20•• •30°С) величина поправки ду незначительна и ею можно пренебречь. Если же плотность электроли­ та измеряется за пределами указанного диапазона, приведенная плотность определяется с учет.ом по­ правки: у25 = Ут + ду, где Ут - плотность электролита при температуре измерения Т. Например, если измеренная при температуре Т =-5°С плотность Ут = 1,28 г/см 3, то согласно гра­ фику это означает, что при температуре +25°С плот­ ность электролита у25 = 1,28 - 0,02 = 1,26 (г/см3). Возможно и обратное использование графика: если известно, что при температуре +25°С плотность электролита 1,26 г/см3, ю при температуре +40°С она изменится и определится как: У40 =Y2s -Ут = 1,26 - 0,01 = 1,25 (г/см3). Разность межщ плотностью полностью заря­ женного аккумулятора Уэ и полностью разряженно­ го (ур) при температуре 25°С всегда равна О,16г/см 3, а дСр=100 (у1 -у25)/(у1 -ур) . Тогда, если известна начальная плотность Ун полностью заряженной аккумуляторной батареи, по измерен­ ной плотности Ут электролита можно определить степень разряженности дСр (%) каждого аккумуля­ тора в отдельности: дер=625(Ун-Ут+ду)% (3.4) CAe.Q'ВJ' IIONHllJЬ, ЧТО CllPНllll «NCllOJ'a, ВХОАR­ ЩВll В COCJ'aB ЭJlмтpollllrS, llCICAIO'illr811ЬНO aкnlВ­ llOe """'""8С1Сое вещесnю. спосо6ное вызвать опасиые l(HCl\01'JIЫ8 ОЖОl'И на Te.te 'IM088IOJ . na- paNlf l(lfCAOJW NОЖ11О O'FfNJВllrЬCR. pafjo.,. . с ЭJteп­ poAllFON трв6ует oco6oR OCТOpoNUIOCTlf, спецнам... ноR KlfNlf'lec«oR nОСУАЫ " lfНAllВlfAYaAЪHЫK СреАСJ'В зaщlfJW. 3.4 . Эnектродная характерИСТltКI аuумуяятора Отличительным свойством свинцово-кислотного аккумулятора является почти линейная зависимость ЭДС Еа от плотности у. Эта зависимость называется электродной характеристикой и отображает влияние плотности электролита на равновесные потенциалы электродов и на электродвижущую силу аккумулятора при определенной температуре. Графики функций: q>" = f(y); q>_ = f(y); Еа = f(y) приведены на рис. 3.2 . В диапазоне изменения плотности (1,05 .. .1 ,35 г/см3) все три функции абсолютно ли­ нейны и не зависят от конструкции и степени заря­ женности аккумулятора. Установлено, что ЭДС Еа любого исправного свинцово-кислотного аккумулятора при плотности электролита у= 1,30 г/см3 и температуре Т3 = 20°С равна 2,1 В, а при у= 1,10 г/см3, ЭДС Е,,= 1,9 В (рис. 3 .2). Однако плотность электролита незначи­ тельно уменьшается при увеличении температуры (0,0007 г/см 3 на один гращс) и очень заметно уве­ личивается при повышении степени заряженности аккумулятора. Получается так: в разряженном акку­ муляторе с плотностью Уэ = 1,30 г/см3 ЭДС Ее = 2,1 В. А в заряженном аккумуляторе с плотностью Уз = 1,20 г/см3 - ЭДС Еа = 2,0 В (при одинаковой температуре аккумуляторов т = 20°С) . Таким обра­ зом, электродная характеристика показывает, что электродвижущая сила Ее не может служить метро­ логическим параметром для определения степени заряженности (или разряженности) аккумуляюра. Как было показано ранее, таким параметром явля­ ется плотность электролита. .().4 .(),6 ....__.....__..___._ _, __ _, __ _, __ _,__....,. 1.()5 t.tO 1.15 t.20 1,25 1.ЗО Рис. 3.2. 3.5. Внутреннее сопротивление аккумулятора у,r/см Представим теперь электрохимическую систему [-РЬ] [H 2S04 + Н20] [+РЬО2] аккумулятора в виде эле- 31.
ГАаВаЗ Рис. З.3. ментов ЭАектрической цепи. На рис. 3.3 показана модель системы, составленная из реальных резис­ тивных масс, имеющих месю в аккумуляторе: РЬ" - свинuовая масса внутренних электрических соедине­ ний с омическим сопротивлением R"1 и R1<2; РЬр - масса свинцового сnлава Э11ектродных решеток с со­ противлением Rp1 и Rp2; РЬ" - активная масса от­ рицательного электрода (губчатый свинец) с сопро­ тивлением R" 1 ; ЭК - масса электролита с сопротив­ лением R81 и R82; С - электропроводная масса сепа­ ратора - параллельное соединение Rэ и Rc. где Rc - сопротивление материала сепаратора ; РЬ02 - ак­ тивная масса положительного электрода (пористый сульфат свинца) с сопротивлением Rм2 . Если допустить, что в объеме перечисленных ре­ зистивных масс удельное сопротивление распределе­ но равномерно и по аккумулятору электрический ток не протекает, то сумму внутренних резистивностей аккумулятора (согласно рис. 3.3) можно представить как последовательное соединение сосредоточенных омических сопротивлений : Ro=[(R"1 +R1<2)+(Rp1+Rp2)]+(Rз1+R32)+ [Ra Rcf(Rз + Rc)J + (R"1 + R"2). где Ro - суммарное сопротивление реальных внут­ ренних резистивностей, которое называется внут­ ренннN ОNНЧВСl(НN сопротнвленн.,.. аккумулятора. Если слагаемые для R0 объединить no приблизитель­ ному равенству удельных сопротивлен.М, то в сумме Ro останется четь~ре слагаемых: Ro = R, + Rэ + Rc + R"; все они - омические сопротивления: R,- сопротивление внутренних тоководов (R" + Rp); Rз - сопротивление электРQЛита (R 81 + R82); Rc - сопротивление сепаратора [Ra Rcf(Ra + Rc>J: R"- сопротивление активных масс (R"1 + R"2). Сопротивление Rэ электролита в свинцово-кислот­ ном аккумуляторе составляет примерно 50% от внут­ реннего омического сопротивления R0 • При разряде аккумулятора активные массы +РЬ и +РЬО 2 частично превращаются в сульфат свинца PbS04 • а ЭJ\ектролит теряет часть своей кислоты. Это приводит к увеличению внутреннего омическо­ го сопротивления R0 • Еще более заметное влияние на величину R0 оказывает температура. При изме­ нении температуры в диапазоне (-40 ..• +30°С) ве­ личина удельного сопротивления электролита 32 10- о 10 20 30 40 Рис. З.4. Гэт = rэ0(1 + а3Т") изменяется более чем в 8 раз (а. - температурный коэффициент сопротивления). При этом более чем в 3 раза изменяется внутрен­ нее омическое сопротивление R0 аккумулятора (см. рис. 3.4). При прохоЖдении тока через аккумулятор к его внутреннему омическому сопротивлению R0 добавля­ ется сопротивление Rn токовой nоляризаuии, и тогда nолное внутреннее ~ аеu<уМуl\ЯТОра оп­ ределяется как: R8 = Ro + Rn- Поляризационная со­ ставляющая Rn полного внутреннего соnротивлеl-ИI R8 аккумулятора в сильной степени зависит от тока через аккумулятор, а также от температуры (рис. 3.5). Rn: мОм 15~-"'с---r~-г~-.-~-..-~-. о 100 200 300 400 500 lp,A Рмс. 3.5. 3.6 . Напряжение аккумуnяторноА батареи Наnряжение u6 аккумумrторной батареи - это сумма напряжений U8 от шести последовательно со­ единенных аккумуляторов. Так как напряжения отдель­ ных аккумуляторов равны между собой, то U6 =б u". При этом nод напряжением U6 понимается раз­ ность потенциалов на выводах батареи, когда no ней протекает электрический ток 18 • То же самое отно­ сится и к отдельному аккумуляюру. · Напряжение, как и электродвижущая сила, из­ меряется в вольтах, но является более удобным
Параметры и характеристики автомобМАьных аккумуАяторных батарей а) разряд + Ев + ~ Rн AJ<. вн б)эаряд + n!аз вн Рис. Э.6. эксплуатационным параметром. Его принято рас­ сматривать д/1Я каждого аккумулятора в отдельнос­ ти и подразделять на напряжение разряда Uвр и напряжение заряда U83• (Одним из недостатков не­ обслуживаемых АКБ является невозможность из­ мерения напряжения на каждом аккумуляторе в отдельности.) Значения Uap и U83 легко определяются по эквива- лентным электрическим схемам замещения (рис. 3.6). Когда аккумулятор находится под установившим­ ся током lap разряда (рис. 3.6 , а), то уравнение ба­ ланса потенциалов. согласно второму закону Кирхго­ фа,имеетвид:Еа=lap(R"+R8) = lapRн+1apR8, где R.. - внешняя резистивная нагрузка; Ra - полное ВНУJреНнее сопротивление аккумулятора. Тогда (3.5) При заряде аккумулятора (рис. 3.6 , б) постоянным током 183 баланс потенциалов в замкнутом контуре зарядной цепи определяется как равенство алгебра­ ической суммы ЭДС и суммы падений напряжений (тот же второй закон Кирхгофа): Еа- Еа = laэRa +183Rв. здесь Ев, Rв- ЭДС и внут­ режее сопротивление выпрямительного устройства. ТаккакЕв- 183Ra= U83, то (3.6) В алгебраической сумме ЭДС (Еа - Еа) знак минус означает. что Еа и Еа при заряде должны быть вклю­ чены встречно, и Еа должна быть больше Еа. 2 Ав1mроника Таким образом, зарядное устройство подключа­ ется к АКБ по правилу мплюс с плюсом - минус с минусом и т.д. ". Из формул 3.5 и 3.6 слещет. что напряжение акку­ мулятора при разряде меньше ЭДС Еа. а при заряде больше - на величину падения напряжения Ua = laRa на полном внутреннем сопротивлении Ra аккумулятора_ Слещет заметить, что на формирование текуще­ го значения напряжения U8 (t) аккумулятора как при разряде, так и при заряде большое влияние оказы· вают переходные процессы токовой поляризации у электродных пластин. Эти процессы учитываются в формулах 3.5 и 3.6 полным внутренним сопротивлением Ra аккумулято­ ра: Ra = R0 + Rп. В состав Rв входят сопротивление Rп поляризации и омическая составляющая внутрен­ него сопротивления - R0 • Поляризация - это явление изменения потенциа­ лов электродов от их значения в обесточенном акку­ муляторе до значения потенциалов под током. Скорость протекания процессов поляризации на электрических эквивалентных схемах замещения учи­ тывается введением поляризационной емкости Сп. Поляризация является основной причиной потерь внутри аккумулятора при переходе его из режима разряда в режим заряда или при обратном переходе (подробно о поляризации см. (2) и (5)). 3.7. Емкость и разрядно-зарядные характеристики аккумуnятора Сухозаряженная свинцово-кислотная аккумуля­ торная батарея (АКБ) после первичной заливки электролитом и пропитки электродов практически полностью заряжена и готова к эксплуатации без подзарядки. • Если теперь АКБ поставить под разряд, то в те­ чение некоторого времени батарея будет поддержи­ вать на нагрузке электрический ток разряда. При не­ изменном сопротивлении нагрузки ток разряда будет постепенно уменьшаться, пока не станет равным ну­ лю. Тогда количество электричества, отданное бата­ реей в нагрузку, можно определить как: Сп= J0 1 l(t) dt. где Сп - полная емкость аккумуля­ тора; l(t) - ток разряда на постоянную нагрузку; t - продолжительность полного разряда. За время t произойдет полный, т.е. предельно глу­ бокий, разряд батареи (до lp = О), что в реальных ус­ ловиях эксплуатации недопустимо из-за дальнейшей непригодности батареи к работе. Поэтому на практи­ ке емкость аккумулятора определяют при его частич­ ном, например при 60%-ном разряде постоянным то­ ком lp. а время разряда tp ограничивают достижени­ ем наперед заданной величины напряжения U"" раз­ ряда на клеммах аккумулятора. 33
ГдаваЗ 8) Pllc:. 3.7 . • Величина нормированной емкости батареи, вы­ бранная в качестве паспортного параметра, называ­ ется НОМIНВАWЮЙ ВNКОСТWО 6атаре11. Согласно российскому стандаР1У ГОСТ 959-91Е па­ раметрами, по которым определяется номинальная емкость новой батареи, являются темпера'fУРа Т = 25°С, конечное напряжение разряда Uрм =10,2 В, время разряда t,, = 20 ч, теж разряда lp = 0,05 С20 (А). где~- емкость батареи при 20-ти часовом разря­ де nри температуре измерения Т = 25°С до значения Ср = О.4С,,. ПО11Ная емкость Cn определяется экспери­ ментально на этапе конструктивной разработки и ис­ пытаний новой модели аккумуляторной батареи. (В обычных обслуживаемых АКБ полная емкость Сп в 3- 4 раза меньше теоретически возможной (конструк­ Тогда: с"= lp tp. (3.7) тивной) емкости См. которая рассчитывается по коли­ честву активных масс реагентов. затрачиваемых на где tp- время разряда (в часах} постоянным тсжом разряда lp (в амперах) до заданного напряжения разряда Uрн (в вольтах); с" - нормированная раз­ рядная емкость батареи (в ампер-часах). так как нормированная емкость С.. определяется на­ перед задаНtЬIМИ величинами - разрядным током 1р и KOl-le'tiblM напряжением разряда Uрм. ТО время разряда t,, является метрологическим параметром. no которому при :зэдажых lp и Uрм можно определить емкость. В формуле 3.7 конечное напряжение разряда в явном виде не присутствует. но именно по нему оп­ ределяется конечное время разряда . Таким обра­ зом. величины lp. tp. Uрм являются исходными пара­ метрами выбора для определения величины норми­ рованной емкости батареи, которая в разных стра­ нах выбирается по-разному. Общий подход такой: нормированная емкость с" должна быть меньше полной емкости Cn на столько, чтобы при разряде новой полностью заряженной батареи на величину с" она не теряла бы своей способности к полному восстановлению при заряде. Кроме того, имеется в виду, что конечное напряжение разряда не мо­ жет быть меньше 6 В, так как иначе нарушается работоспособность бортовых электрических и элек­ тронных устройств автомобиля. Для определения номинальной емкости батареи разряд проводят при постоянном токе lp = О,05С 20 • В процессе экс­ плуатации значение нормированной емкости бата­ реи принимается за номинальное (рабочее) значе­ ние с". При этом переменной величиной является напряжение разряда. Зависимость основных пара­ метров аккумулятора от продолжительности разря­ да называется временными разрядными характе­ ристиками (рис. 3.7). Обычно считается (при Т = 25°С и lp = 0,05 С20), что при достижении конечным напряжением разря­ да значения Uрм = 10.2 В (1,7 В на отдельном аккуму­ ляторе) батарея nолностыо разряжена, хотя до ПО/1· ного истощения ее емкости еще далеко (С"= 0,4 Cn>· 34 получение одного ампер-часа количества электриче­ ства при разряде.) АКБ пасnортизуется по номиналь­ ной емкости, которую часто указывают как С20• Однако для оценки пусковых качеств стартерной батареи ее номинальная емкость С20 малоинформа­ тивна. При стартерных токах разряда 200..•500 А и особенно nри темпера'fУРах ниже -18°С КО/lичество электричества. которое может отдать батарея злект­ ростартеру, ограничивается из-за ускоренной суль­ фатации электродов nод действием больших токов, а при понижении темпера1УJ>ы еще и за счет загусте­ ния электролита. Для стартерных режимов разряда ГОСТ 959-91Е рекомендУет определять пусковую способность бата­ реи при двух различных значениях температуры (25°С и -18°С) и не по номинальной емкости С20, а по току разряда lp = З С20 и по заданному конечному напряжению разряда Uрм. Так, для необслуживаемой батареи разряд током З С20 при температуре +25°С до напряжения 9 В должен длиться не менее 30 с. Это означает, что ба­ тарея номинальной емкостью С20 до стартерного разряда была полностью заряжена при температуре +25°С. Если батарея разряжается током З С20 при температуре -18°С, то за время 30 с она должна разрядиться до напряжения Uрм 2: 6 В. • Немецкий стандарт DIN несколько ужесточает требования к автомобильным АКБ, вводя нормиро­ вание по току холодной прокрутки. Это такой ток (близкий к значению lp = ЗС 20), при котором в кон­ це 30-й секунды разряда при температуре-18°С ко­ нечное напряжение разряда становится равным за­ данной величине (для DIN Uрм = 7 ,2 В). Добавляется также требование обеспечения напряжения Uрм =6 В в конце 150-й секунды разряда при темпе­ ратуре +25°С. Английский (ВSR) и амержанский (ASR) стандар­ ты no основным требованиям близки к немецкому стандарту DIN.
Параметры и характерисntкм автомобмАьных аккумуАЯТорных батарей Если на импортной батарее не указана номина11tr ная емкость С20, ее можно ориентировочно опреде- 1\ИТЬ по току lxn холодной прокрутки: С20 = lxn/3 (А•Ч). • fJ/IЯ оценки способности батареи к восприимчи­ восm заряда введено понятие заJ>SIАН()й емкости С3• Эта емкость определяется как ко11Ичество электричест­ ва, которое необходИмо сообщиrь каждому аккумуля­ rору, чтобы в его электрохимической системе nрои:зо­ шю полное восстановJ\еНИе химических реагентов, ра. нее израсходованных на nрямое токообразоваt11е. Существуют два основных способа заряда Аt<Б : при постояжом, токе заряда (13 = coпst) и при посто­ янном напряжении (U 3 = coпst). При постоянном токе заряда емкость определяет­ ся как С3 = 1, t,, где t3 - время заряда до заданного конечного напряжения заряда Ц"'. В отличие от разрядной, зарядную емкость норми­ ровать невозможно. Ее можно то11Ько приблизите11tr но оuенить по количеству З11ектричества, отданного зарядным устройством аккумулятору. /!J/1Я всех свинцово-кисютных аккумуляторов но­ минальным током заряда являются значения 13 = 0.1 С20 и lэ = 0,05 С:ю- КонечhОе напряжение заряда для различных конструкций Аt<Б может не­ сколько отличаться. Для обслуживаемых батарей ц" = 16,2 В. для необслуживаемых Uзк = 14,5 В. Однако окончание заряда контролируют не только по конечному напряжению Uэк• но и по интенсивно­ му газовыделению у обслуживаемых батарей или по резкому падению тока заряда у необслуживаемых. В стационарных условиях АКБ чаще заряжают в режиме постоянного тока (13 = 0,05 С20). На автомо­ билях - в режиме постоянного напряжения (Uэк = 14,5 В), при ограничении максимального тока заряда значением 13 mВ>< = (0,2 ..• 0,3) С20• Время заряда непосредственно зависит от степе­ ни разряженности батареи до начала заряда и изме­ ряеrся в процессе заряда в часах. Время заряда ПОh­ ностью разряженной батареи током 13 = 0,05~ рав­ но 20-ти часам, а током 13 = О,1С 20 - 10-ти часам. • зависимости всех основных параметров акку­ мулятора от продолжительности заряда (от времени заряда tэ) при постоянном токе заряда называются временными зарядными характеристиками. На рис. 3.7 приведены такие характеристики для 13 =0.1 С20 с продолжите11Ьностью заряда 12••• 13 ч. В момент включения зарядного устройства на­ пряжение U3 = Ево + l3 R0 устанавливается мгновен­ но. Далее начинается переходный процесс токовой поляризации (нелинейный участок на зарядной ха­ рактеристике) и U3 = Еао + ЛЕ, где ЛЕ =l3R8 - так называемая электродвижущая сила поляризации. После этого равновесная электродвижущая сила Еао аккумулятора начинает линейно возрастать из-за ли­ нейного возрастания плотности электролита под действием постоянного тока заряда. Этот процесс будет длиться 8 ...9 ч (при 13 = 0.1 Сн) до тех пор, по­ ка активные массы на поверхности электродов пол­ ностью не восстановятся. Напряжение заряда на аккумуляторе станет равным 2.4 В, и далее при рос­ те U3 ток заряда будет "работать" на газообразова­ ние и разложение воды. Достигнув значения 2,7 В в обслуживаемой батарее, рост зарядного напряже­ ния прекратится, и U3 будет оставаться постоянным на протяжении всего времени последУЮщего заря­ да. Участок зарядной характеристики Uз = t (t3 ), на котоРОМ параметры U3 , у, 13 длmельно не изменяют­ ся. соответствует процессу перезаряда аIО<умуАJПо­ ра. Обычно перезаряд продолжают 2 •• •3 ч с uелью более полного восстановления активных реагентов в порах электродных масс: в этом случае перезаряд выполняет функции ремонтно-восстановительного заряда, выравнивающего в аккумуляторах батареи значения величин у и Еоа- Во время перезаряда эле­ ктролит бурлит в аккумуляторах от газовых пузырь­ ков. Газы, выд8AJllOlllJl8C:я мз заА1818.1Х отверстий, взрывоопасны. • Принципиа11Ьным отличием современных акку­ муляторных батарей является отсутствие в них актив­ ного газовыделения. а также участка перезаряда на зарядной характеристике. Это позволяет делать Аt<Б необслуживаемыми (без за11Ивных пробок) и даже мо­ нолитными (без аккумуляторных банок). достигнутое реализовано исключением из актив­ ных масс электродов и конструктивных свинцовых сплавов веществ, способствующих образованию га­ зовыделения. Очень важную роль, как положительную, так и от­ рицательную, в прежних конструкциях аккумуляторов играла сурьма. Она вводилась в состав свинцового сплава решеток (до 6%) для придания им требуемой жесткости. Но, попадая в электролит, сурьма пони­ жает напряжение начала газовыделения (до U3 = 2,3 В). которое наступает задолго до полного заряда аккумулятора . В современных аккумуляторах про­ центное содержание сурьмы значите/\ЬНО снижено (не более 1.2%). Это позволило приблизить напряже­ ние начала газовыделения (U 3 = 2,4 В) к напряже­ нию окончания заряда (U3 = 2.41 В). При достиже­ нии зарядным напряжением значения 14,5 В (2,416 В на ОдИН аккумулятор) даже при попытке удерживать Uз постоянным и равным 2.45 В ток за­ ряда начинает падать. Это приводИт к эффекtу запи­ рания процесса заряда; газообразования при этом не происходит. Разрушительный перезаряд необслуживаемой ба­ тареи может иметь место при длительном ее заряде напряжением U3 более 14,6••• 15 В. То, что касается жесткости пластин, которая при уменьшении содержания сурьмы ослабевает, то она компенсируется как внесеt111еМ в конструктивнь~е свин­ цовые сnлаеы новых добавок, так и новым консrрук- 35
ГмваЗ ТИВl-lым иmолнением электродов. например помеще­ нием пластин электродов в сепараторные конверты, в которых некоторое коробление пластин неопасно. 3.8. саморазряд еккуму11яторной бвтвреи Саморазрядом называют разряд бездействую­ щей аккумуляторной батареи, от которой на борту автомобиля отключены все потребители или которая снята с автомобиля для хранения. Саморазряд мож­ но подразделить на случайный, ускоренный и естест­ венный. Случайный и ускоренный протекают непо­ средственно на автомобиле и являются следствием нарушения правил эксплуатации АКБ. САучайНЫй саморазряд - это неучтенный разряд АКБ скрытым током утечки на корпус автомобиля, на­ пример слаботочной утечкой через неисправные бортовые электронные схемы, которые постоянно подключены к АКБ. УскореlИ>IЙ саморазряд - это преждевремен­ ный разряд токами утечки через грязевые мостики снаружи батареи между ее клеммами или внутри ак­ кумуляторов из-за наличия случайно попавших посто­ ронних примеоей, а также из-за замыкания между пластинами при осыпании активных масс. Естественный саморазряд - это неотвратимое, присущее любому ХИТ падение его заряженности при длительном пребывании в обесточенном состоя­ нии. Применительно к автомобильной АКБ, естест­ венный саморазряд имеет место главным образом не на автомобиле, а при хранении на складе. Естест­ венный саморазряд есть проявление постоянного взаимодействия химически активных реагентов ак­ кумулятора, как между собой, так и с окружающей средой. В естественном саморазряде проявляется физическая природа активных химических веществ терять со временем свою активность. Если АКБ не заправлена электролитом, она под­ вержена воздействию кислорода воздуха, его темпе­ ратуры и влажности. Как следствие, электроды сухо­ заряженных АКБ могут утратить свою активность, а свинuовые решетки и внутренние электросоедине­ ния - окислиться. Такая батарея при ее заливке эле­ ктролитом не наберет номинальной емкости даже по­ сле тренировочного зарядного цикла. Чтобы свести к минимуму вредное влияние атмо­ сферного воздуха на батареи, хранящиеся в сухоз& ряженном состоянии. в последнее время заводы-из­ готовители стали поставлять свою продукцию потре­ бителю только в герметичной целлофановой упаков­ ке и в картонной коробке. В таком состоянии сухоз& ряженная АКБ может храниться до 3-х лет на складе при пониженной температуре. Но особенно сложно защитить от саморазряда уже залитую электролитом и полностью заряженную 36 АКБ. В такой батарее естественный саморазряд свя­ зан со следУЮщими причинами: а) оседание серной кислоты в электролите (име­ ет место перераспределение плотности электролита по высоте. и как следствие - возникновение внут­ ренних токов разряда); б) проникновение электролита к свинцовым ре­ шеткам через трещины в активных массах (вспучи­ вание активных масс внутренней сульфатацией и возникновение разрядных токов между решеткой и активной массой); в) появление поверхностной сульфатации на эле­ ктродах и на внутренних тоководах (возникновение крупных кристамов сульфата свинuа и образование поверхностных токов утечки); r) наличие примесей в химически активных ве­ ществах на электродах и в свинцовых сплавах реше­ ток (образование мелких узлов сульфатации и микро­ токов разряда вокруг них). Все эти причины приводят к медленному, но неот­ вратимому разряду запасенной в батарее емкости. Они же являются причинами сокращения срока службы АКБ. Показателем случайного и ускоренного самораз­ ряда является самопроизвольный разряд батареи на борту автомобиля за непродолжительное время, на­ пример за одну ночь, который проявляется по мед­ ленной прокрутке две стартером в обычных услови­ ях пуска . • Естественный саморазряд неустраним. Он нор­ мируется ГОСТом 959-91Е по среднесуточному раз­ ряду в процентах от номинальной емкости полностью заряженной батареи . Для обычной батареи средне­ суточный разряд, рассчитанный за 14 дней хране­ ния, не должен быть более 0,5% от С20 и не более о. 7%, рассчитанный за один месяц. Для новых необслуживаемых батарей самораз­ ряд в течение одного года не превышает 40% от но­ минальной емкости. Это в среднем около 0.1% само­ разряда в сутки от величины С20 и не менее четырех лет надежной работы при правильной эксплуатации. По рекламным данным фирм, выпускающих моно­ литные трубчатые АКБ, их саморазряд за один год хранения не превышает 25•• . 30% от С20, а срок службы, выраженный в пусковых циклах. равен 10".1 2 тыс. (7-8 лет ежедневной эксплуатации.) На рис. 3.8 показано. как снижается скорость с& моразряда и увеличивается срок службы по мере со­ вершенствования конструкций аккумуляторных бата­ рей. на рисунке цифрами 1, 2 . 3 , 4 соответственно обозначены обслуживаемая. малообслуживаемая. необслуживаемая и монолитная батареи. Следует заметить. что при любой конструкции АКБ суточный саморазряд протекает медленнее при уменьшении плотности электролита и при понижении его температуры.
Параметры и характеристики автомобиАЬНых аккумуАяторных батарей 4 6 6 10121416182112224 Рис. 3.8. С уменьшением плотности электролита уменьша­ ется концентрация серной кислоты, что понижает ин­ ~енсивность растворения свинца на отрицательных nластинах. Саморазряд батареи замедляется. При из­ менении плотности в интервале от 1,3 до 1,15 г/см3 суточный саморазряд уменьшается на 10..• 15%. Срок службы батареи при этом увеличивается . При падении темпера'fУРЫ ниже 0°с саморазряд резко ограничивается. Из эюго следует практичес· кая рекомендация хранить залитые электролитом ба­ тареи при минусовой температуре и в полностью за­ ряженном состоянии. При температуре хранения Т = -ЗО 0С естествен­ ный саморазряд практически прекращается. Бата­ рея может храниться достаточно долго (более 8 ••• 10 лет} и в сухозаряженном. и в залитом состоя­ нии. Так же, как и при обычном разряде, плотность электролита может служить досюверной мерой са­ моразряда батареи ЛС (%} = 625 (у3 -у25}. Именно по плотности электролита в заряженной и залитой батарее определяют состояние ее разряженности при хранении в складских условиях. Следует отметить, что по мере углубления само­ разряда скорость его возрастает. это приводит к не­ обходимости постоянного подзаряда АКБ во время хранения. Скорость саморазряда возрастает и к кон­ UУ срока службы батареи. Батарея, потерявшая при хранении более 30••• 40% своей номинальной емкоо­ ти. непригодна Дf\Я установки на автомобиль без про­ ведения полного цикла зарядно-разрядной трениров­ ки в стационарных условиях. Если после такой процедуры АКБ не набирает больше 60% от номинальной емкости, она подлежит утилизации. В заключение приведена сводная таблица 3.2 ос­ новных параметров необслуживаемых АКБ. Таблица 3 .2 . Основные параметры аккумуляторных батарей Г86армrw (ммl Вec:(lcrl Обwмlдм'I СТlрТОIЫА Р8J1ММ Р13Р11д8 Т111 Сю(д.ч); nptT"•-18"C 1'1рмм8М118МОm бmрем 1,(А) Д11мм8 Wмрж 111.юста беэ S1111МТ 8/11 ш lp(AJ U,. (8) lj.(-) N N нав/м • 8/11 111R наЗО-llс llPU.r (ВТ-ч/и) ~<Ч/дм"I т г в:о r 6СТ-44А Щ2.2 215 175 215 13,9 Э.8 220 7.2 ЗАЗ."""""""" 6СТ-55д:; . 55/2,З 250 175 215 10,7 15,9 4,1 8,9 255 9,0 2.5 5.6 10,2 ВА.1.~ 1 6СТ-1iбд 1iбД3 300 175 210 13,6 19,5 4,7 11.2 300 9,0 2.5 5,6 9,6 00. УАЗ --- 6СТ-Т7А Т1~ 340 175 210 22.1 5.4 12,5 350 9,0 2.5 5.6 10.0 ГА:Зеrа. 6СТ-88д 8819.4 380 175 210 17,О 25,0 6,4 13.9 410 9,0 2.5 5.3 9,5 зил \IRlA 56/2.9 245 172 199 17,7 850 7.2 2,0 11No1ор1ные 37
= Глава четвертая СЕРВИСНОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ ПреАЫАУЩИе rАавьt по авrомо6НJ1Ьным аккуму11RТорам, вторая н третья, преАставляют собой краткое учебное пособне ААЯ самостоsrтеJ1Ьноii поgотовкн спецналиста частноrо автосервнса, нмеющеrо жеАаНне уrлубнть свон теоретнческие познання. Настоящая rАава завершает тему практнческнмн рекоме11,4ацнямн по техннческому обслужнванню аккумуляторных батарей в условнях частноrо автосервнса. 4.1 . Общие сведения Современные автомобильные аккумуляторные ба­ тареи (АКБ) имеют малообслуживаемую И11И nожо­ стью необслуживаемую конструкuию и, в отличие от прежних, ремонту с разборкой не подлежат. Тогда зксnлуатаuионно-технические мероприятия no сервисному обслуживанию АКБ нового поколения сводятся к следУЮЩему: - Хранение новых батарей, сухозаряженных или залитых. - Первичная заливка малообслуживаемых сухо­ заряженных АКБ. - Снятие АКБ с автомобиля на временное хра­ нение. - Профилактический подзаряд АКБ. - Восстановительно-ремонтный (уравнительный) заряд АКБ. - Контрольно-тренировочный зарядно-разряд­ ный uикл. - Сезонное обслуживание АКБ. Сервисное обслуживание предполагает проведе­ ние работ в условиях аккумуляторного участка на станции технического обслуживания или на авто­ транспортном предприятии. Если имеются необходи· мые технические средства, то перечисленные меро­ приятия могут проводиться и в условиях частного ав­ тосервиса. В этом случае необходимо иметь набор следУЮЩих технических средств: а) Специально отведенное место. поближе к вы· тяжке или к свежему воздуху. где слещет оборудо­ вать небольшой аккумуляторный стенд. На стенде в неприспособленном под аккумуляторный участок помещении можно проводить техническое обслу­ живание только одной аккумуляторной батареи. Приготовление электролита в таких условиях про­ водить не следУет. б) 3арядно-разрядное устройство с сетевым трансформатором те мощностью не менее 300.• . 400 ВА. с комплектом измерительных прибо­ ров V, А и реостатом R (рис. 4.1). 38 Сi)разр11ДНО8устроiiст8о в) Набор аксессуаров, в который входят: часы t со звуковым сигналом; аэрометр у (денсиметр), или поплавковый плотномер; лабораторный термометр Т (10... 50)0С; нагрузочная вилка НВ с удлиненным гибким проводом; три аптечные бутыли с притерты­ ми пробками из толстого стекла разных оттенков емкостью не более 2 ... 3 литров (д11я хранения дис· тимированной воды. доливочного и готового к упо­ треблению электролита); мерная посуда М и лейки Л
Сервисное обсАужмванме автомобмАьных аккумумпорных батарей t т т Рмс. 4.2 . из 1111астмассы; захватные щипцы Щ ААЯ переноса АКБ (рис. 4.2). г) Комплект индивидУальных средств защиты от l<Исютных ожогов и отравления: фaPtyJ<, резиновые перчаТl<И, защитные очки и респиратор, Mbll\O и ем­ кость (8••• 10 л) с питьевой водой (рис. 4.З). Рмс. 4.3. 4.2 . Хранение батарей Срок хранения до начала Э1<сплуатации и условия хранения малообслуживаемых сухих и необслуживае­ мых залитых АКБ. как правило, указаны в сервисной книжке или в прилагаемой инструкции. Стандартные условия хранения следУЮщие: а) Не слещет вскрывать заводскую целлофановую упаковку батареи до начала Э1<сплуатаuии. Упаковка предохраняет АКБ от прямого контакта с атмосфер­ ным воздухом, кислород и влага которого ускоряют •старение• активных реагентов и токовых выводов аккумуляторной батареи. Герметично упакованная су­ хозаряженная АКБ может храниться ю 3-х лет. б) В летнее время хранить дКБ лучше в прохлад­ ном помещении, защищенном от прямых солнечных лучей. Зимой температура в хранилище может быть минусовой. При этом следует иметь ввиду, что АКБ с плотностью электролита у < 1,15 может замерзнуть уже при -14°С. Замерзший электролит несет в себе угрозу растрескивания и последующего оползания активных масс аккумуляторов. в) Умеренно пониженные температуры благопри­ ятны для хранения АКБ. залитых электролитом (необ­ служиваемых и снятых с Э1<сплуатации). так как при этом резко ограничивается саморазряд АКБ. r) Общего тока саморазряда для всех аккумулято­ ров в АКБ быть не может, так как саморазряду под­ вергается каждый аккумулятор в отдельности. Если при этом в один из них случайно попадает частица грязи или металла, процесс саморазряда в этом ак· кумуляторе заметно ускоряется. Как следствие, в АКБ, снятой с эксплуатации после длительного ее хранения без подзаряда, наблюдается неравномер­ ность плотности электролита, а значит, и степени разряженности аккумуляторов в разных банках. Если такую АКБ не подвергнуть уравнительному заряду, она быстро выходит из строя. А) Саморазряд проходит меД11еннее при пониже­ нии температуры. Так, если заряженная АКБ хранит· ся при темnераtуре 0°С, то она разряжается на 0,5% за 8-9 месяцев. При темпераtуре +15°С саморазряд протекает в 4 раза быстрее. При хранении АКБ без под:iаряда в жарких регионах она полностью разря­ дится за один год и прИдет в негодность. Из сказанного ясно, что хранитЬ любую аккумуля­ торную батарею лучше при пониженной темпераtуре. е) Хранение снятых с эксплуатации АКБ более трех месяцев, а необслуживаемых более шести ме­ сяцев в обычных условиях без подзаряда может стать причиной заметного снижения их емкости и ус­ коренного старения. Подзарядка новых необслужи­ ваемых АКБ при хранении не разрешена заводом.из­ готовителем. Поэтому срок хранения новых залитых электролитом необслуживаемых батарей не может быть более полугода. При покупке новой необслужи­ ваемой АКБ это надо иметь в ВидУ. ж) Снятые с эксплуатации АКБ для хранения в обычных условиях должны быть сразу полностью за­ ряжены и в дальнейшем регулярно подвергаться профилактическому подзаряду не реже одного раза в З месяца. 39
Гмва 4 4.3 . Первичная запивка аккумуляторной батареи При первичной заливке ак~<умуляторов стартер­ ной батареи в условиях частного автосервиса С/lеду­ ет придерживаться с1едующих правил: а) Нельзя приготавливать элеюр011Ит из конuент­ рированной серной киС11Оты в неприспособленном дЛЯ этого помещении. В ~<райнем случае можно при­ готёЭIЗJWSать элеl<fРО/\ИТ на оr~<рытом воздухе с со­ блюдением всех мер предосторожности. 6) ПриготОВ1tеНие электролита реа11Иэуется влива­ нием серной кислоты в дистимированную воду. Обрат­ ное вливание является грубейшим нарушением техни­ ческой безопасности, так ~<ак может иметь место ин­ тенсивное ВСl<ИПание и разбрызгивание кислоты. в) Приготавливать и За/\Ивать электролит в АКБ е1tед'jет при темпераtуре 15••• 25°С. Плотность э/lеl<Т­ ролита, измеренная при приготовлении и заливке, приводится к темпераtуре 25°С по формуле Y2s =Ут + 0,0007 (Т - 25), где Ут - плотность эле­ l<ТроЛИТа при темпераtуре измерения Т. r) Сначала приготавливают электролит с nютно­ стыо у25 = 1,40 г/см3, дЛЯ чего в 650 обьем....х час­ тей дистиллированной воды влvвают 42З части кон­ центрированной 94%-ной ак~<умуляторной серной кис­ лоты. ИСПОl\ЬЗование технической серной кисюты недопустимо. При растворении серной кисюты в воде выделяется бО11ьшое КОl\Ичество теП/\Оты. За/\Ивать в АКБ можно тО11ько остывший эле1<Тролит (15 < т" < 25°С). д) Нормы расхода компонентов дЛЯ приготоВJ1&. ния 1 дм3 (л) электролита приведены в таб/1. 4.1 (5). е) При за11Ивке электролита в АКБ приведенная плотность у25 э11ектрО11Ита обязате11Ьно указывается в сопроводительном документе на батарею - это не­ обходимо дЛЯ опреде11ения степени разряженности в даllЬНейшем. ж) Плотность эле1<Тро11ИТа при первичной заливке дОl\ЖНа соответствовать К11Иматической зоне экСfl/\у­ атации АКБ, а дЛЯ влажных и холодных регионов так­ же и времени года. м) Для предпО11Ярных и ПОl\Ярных широт необходи­ мо учитывать возможность замерзания электролита в зимний период (см . табл. 4.2). Из табJ\ицы видно, что увеличение пютности э/lеl<ТроЛИТа выше значе­ ния 1,З1 г/см3 приводит к повышению темпераtуры замерзания . к) Для точной подгонки nлотности элеКТро11ита при его за11Ивке в батарею необходимо иметь дисТИ/11\Иро­ ванную воду и Э/lеКТJЮЛИТ с повышенной nютностыо 1,4 г/см 3• ЕсАм npмroт08A8Нt8>8i Эl\8К1))0АМТ .... -r плотность tlМЖе тре6уемой, то в неrо дОАМ888ТСЯ ие аккумумпорная КllСАОТ8, а Э/181П])ОАJП С l'IО8ЫW8И­ НОЙ плотностью. При необходимости понизить плот­ ность в элекТроllИт до/\Ивают дистимированную воду. 40 ТабJ\ица 4.1 11ncmюcny" аnектро18Пе, ~· температуре "SC,r/oi' 1.20 D.859 1,21 =! 0 .849 1.22 О.839 1.23 J 0,829 н.sо. 1,ВЭr/оi' 0.200 0,211 0.221 0,231 1,24~ 0.819 0,242 1.25 0,809 0,252 1~ моо о.263 1.21 0.100 -с 0,274 1~] 0,781 0,285 1,29 0,771 0,296 1,30 о.761 D,306 1.31 0.750 _L_ D .316 1,40 0,6!>0 0423 н.о Э11КТрОпиr ~ 1,40r/oi' D,475 0,525 0,450 0.550 О.425 О.575 0,400 0,500 0,375 0,625 0,350 D.650 D.325 r о.675 0.300 0,700 D.275 r 0.725 D.250 0,750 0.225 0,775 1,000 ТабllИца 4.2 rr.r/a} 1,00 rrc 'о 1,15 1,20 1,25 1,29 1,30 1,31 1,32 1~ 1,40 -14 -27 -SO -74 - 7'2 -U --64 -49 -38 1 1 1 1 л) Для удобства составления электролита с требуе­ мой плотностью приведена табл. 4.З (5). 4.4 . Способы заряда батарей Одной из главных процедур сервисного обе11ужи­ вания аккумуляюрной батареи ЯВ/\Яется ее заряд в стационарных условиях. Для заряда ак~<умуляторной батареи в условиях частного автосервиса необходимо иметь источник постоянного TOl<a с регулируемым выходным напря. жением U8 • Обычно это мощный ПО11уnроводниковый выпрямите/\Ь с сетевым трансформатором, которые совместно образуют зарядное устройство ЗУ (рис. 4.1, а). Для заряда одной АКБ максимальное выходное напряжение ЗУ без нагрузки дО11Жно быть не менее 25•••ЗО в. а под нагрузкой 10А- не менее 17В. с помощью такого зарядного устройства можно эф­ фективно и быстро заряжать батареи с номинальной емкостью до 100 д.ч, т.е. батарею 1\Юбого современ­ ного легкового автомобиля. С/lедует иметь ввиду, что зарядное устройство и аккуму/\ЯТорная батарея ВК/\ЮЧаются встречно-nара11- ле/\ЬНО (•+•с•+•; .... с·--). и ток заряда будет иметь место ТО/\ЬКО при соблюдении усювия U8 > U63• При u.= ~ ток заряда 13=О,априu.<~3батарея начнет разряжаться на зарядное устройство. Существует несколько сnособов заряда ак~<умуМl­ торных батарей (2).
Сервисное обслуживание автомобильных аккумуляторных батарей Табдица 4.З До 1,25r/cti' Добаuм, cti' До1,'Лr/еfГ Добаuм,rм' До 1,29r/cti' Добмкм, см" До 1,31 r/cti' Доl!аuи, cti' Первые два из них основные и на их основе воз­ можны комбинации: а) Заряд при номинальном постоянном токе lэ=0.1с"илиlэ=0,05с.,(рис.4.4,а). 6) Заряд при постоянном напряжении Uбэ = 14,5 :t 0.1 В (рис. 4.4, б). в) Ступенчатый заряд при посюянном токе на каждой ступеньке, обычно двухступенчатый заряд при131 = 0,1 С., и 132 = 0,05 С.,(рис. 4.4, В). r) Смешанный заряд, сначала при постоянном то­ ке 1, = 0.1 С", а затем при постоянном напряжении U63 = 14,5 :t 0,1 В (рис. 4.4, г). А) Ускоренный заряд (быстрый подзаряд в экстре- мальных случаях) при увеличенном постоянном токе: - при 30-минуrном заряде 1, =О, 7 с.,, с, =О,З5 с"; - при 4!>минуrном заряде 13 = 0,5 С.,, С, = О,З7 С.,; - при 90-минуrном заряде 1, = 0,З С", С, = 0.45 С.,. Аля батарей, находящихся в длительной эксплуа­ тации, ускоренный заряд проводить не рекомендует· ся. Это может стать причиной их выхода из строя. 1,,А a)npм1 3-con1t б) nри Us"'CO" •t 0.IСн ····о S=C3=l3l3 s °' 1,ч о 10 20 1,ч о 10 20 u"в 1.,А О.1Сн S=C. s 10 20 1,ч 10 20 1.ч е) Уравнительный заряд при постоянном токе - это длительный (не менее 10 часов) заряд током 13 =0.1 С" под обязательным контролем плотности, температуры и напряжения в каждой аккумулято1> ной банке. Он проводится как профилактический пе­ ред зимней эксnлуатацией, или как восстановитель­ но-ремонтный для сильно разряженной батареи в эа­ рядно-разрядном тренировочном цикле. Уравнитель­ ный заряд обязательно предусматривает 2 ..• 3-х ча­ совой перезаряд, в процессе которого плотность эле­ ктролита и напряжение заряда в каждом аккумуля­ торе исправной и полностью заряженной батареи становятся одинаковыми . ж) Перезаряд - это уравнительный заряд бата­ реи (при 1, =coпst; U3 = coпst; Уэ =const) в течение 2••. 3-х часов после того, как плотность электролита и напряжение заряда перестают возрастать под дейст­ вием постоянного тока заряда. м) В отличие от заряда в стационарных условиях, заряд АКБ на борту автомобиля может быть реализо- 13,А в) с:туnенчатый 1,,А r~ смешанный ; 1 0.IСн о.1ен 1 s-c.~1"1"+i,,i., S=C. о s о 10 20 1,ч о u"в u••• u" 13.58 14,58 : 11 1 10. 1 1 1 t.ч IЧ о 10120 о 10 20 Рис. 4.4. 41.
rАава4 ван от генераторнОЙ устано111<и тОЛЫ<о при постоянном напряжении (U3 = 14,5 В), но при ограничении ма~<си­ мального TOl<a заряда, который не дО/\Жен быть бО11ее 13 =О,З Сн. Это достигается подбором генератора и его регулятора напряжения к данному типу батареи и сезонной подстройкой регулятора. Из сказанного сле­ дует, что батарея, регулятор напряжения и автомо­ бильный эr.ектроrенератор дО/\ЖНЫ быть совместимы. 4.5. Контроль параметров при заряде ПровоД!! заряд аккумуляторной батареи, надо по­ мнить следующее: а) Перезаряд в течение более З-х часов небезо­ пасен для целостности активных масс на электрод­ ных пластинах аккумулятора. · б) Температура электролита при перезаряде не должна превышать 45°С. в) Нагрев элеt<тролита при заряде АКБ свыше +45°С может стать причиной разрушения аккумуля­ торных эr.ектродов. Так, при температуре +бО°С ак­ тивные массы теряют адгезию с решетками и начи­ нают отслаиваться и осыпаться. Эю приводит к ко­ роткому замыканию в аккумуляторах. (Осыпание ак­ тивных масс может иметь место и после оттаивания замерзшего в аккумуляторе электролита.) r) Если температура электролита в одной из сред­ них банок станет выше +45°С, заряд АКБ необходи­ мо временно прекратить. д) Заряд АКБ при отрицательных температурах малоэффективен. Номинальным диапазоном темпе­ ратур для заряда АКБ является +15°С < т. < +З0°С. е) После окончания заряда можно оценить теку­ щее состояние генераторной установки автомобиля , на котором работала данная АКБ. Для этого необходимо контролировать и постоян­ но регистрировать напряжение U, заряда, ток 1, за­ ряда, температуру Т• электролита и время t 3 заряда. По значениям этих параметров проводится расчет степени разряженности батареи, а по степени раз­ ряженности судят о генераторной установке. 4.6 . Принудительный разряд батареи При сервисном обслуживании АКБ помимо заряда очень часто приходится проводить ее принудитель­ ный разряд. Это делается в процессе контрольно-тре­ нировочного цикла с uелью -раскачки• батареи, а также с целью определения ее рабочей емкости (Cbl. которой батарея обладает в данном техническом со­ стоянии (на данном этапе срока службы). Процесс разряда следует проводить под контро­ лем тока lp разряда и времени tp разряда до конеч­ ного напряжения Uбр разряда. 42 Номинальными ТО1<ами разряда для всех типов свинцово-кислотных аккумуляторов (при Т = 15...25°С) являются значения номинальных то­ ков заряда 13 ,_ = 0,05 Сн и 132 = 0.1 Сн. В этих услови­ ях батарея разряжается бО11ее равномерно, т.е. с бо­ лее ПО/\НЫМ участием глубинных активных масс в об­ разовании тока разряда. Время разряда определяется конечным напряже­ нием разряда (10,2 В при Т = 25°С). Для определения разрядной емкости батареи Сбр = lp tp ток разряда lp необходимо поддерживать постоянным. что легко реализовать с помощью ни­ жеописанного зарядно-разрядного устройства (см. далее рис. 4.6). В тех случаях, когда такого устройства нет, раз­ ряд батареи с целью раскачки емкости проводит­ ся с применением неконтролируемого разряда. Это когда к предварительно заряженной батарее подключают лампу от автомобильной фары (12 В х 55 Вт) на десять часов и в конце разряда измеряют напряжение батареи, которое при Т = 20... 25°С должно быть не менее 10,5 В (для батареи со стандартной емкостью 45".5 5 А•Ч). Разряжать батарею до напряжения менее 10 В не следует. Затем батарею снова заряжают и вновь разряжа­ ют на ту же лампу (\р = 10 ч). Если конечное напря­ жение разряда при втором разряде будет не менее первого, то батарея исправна и ее следует снова полностью зарядить. Если батарея не выдерживает тренировки, ее можно попытаться восстановить трехчасовым перезарядом или контрольно-трениро­ вочным зарядно-разрядным циклом. 4.7. Контрольно-тренировочный цим Процедуры контрольно-тренировочного зарядно­ разрядного цикла (КТU) выполняются на снятой с ав­ томобиля батарее и сводятся к следующему: - снятию батареи с автомобиля и проверке ее пригодности к дальнейшей эксплуатации; - приведению работоспособной батареи к но~; мальному внешнему виду; - проведению полного цикла заряда номиналь­ ным постоянным током 1, = 0.1 Сн с целью оп­ ределения состояния разряженности батареи; - проведению полного цикла разряда с целью тренировки батареи под нагрузкой в освети­ тельном режиме (lp = 0.1 Сн); - проведению повторного цикла заряда номи­ нальным TOl<OM 13 = 0,05 Сн с целью определе­ ния рабочей (остаточной) емкости батареи и остаточного срока службы; - проведению выравнивания плотности элеt<тро­ лита и его уровня по всем банкам в батарее;
Сервисное обслуживание автомобильных аккумуляторных батарей проведению трехчасового перезаряда батареи с целью ПОJ\Ного восстаноВ1ения активности хи­ мических реагентов в порах электродных масс; - аттестации батареи и ее установки на авто­ мобиль. • КТЦ начинается с проверки пригодности 'бата­ реи к да/\Ьнейwей работе на автомобиле. Д/\Я этого проводится измерение ЭДС и разрядного напряже­ ния на клеммах каждого аккуму11ЯТора или батареи в целом с помощью аккумуляторноrо пробника, кото­ рый иногда называют нагрузочной ВИJ\Кой. Если ЭДС батареи меньше 6 В (менее 1 В на ак­ кумуляторе), а напряжение разряда батареи на но­ минальную нагрузку аккумуляторного пробника не более З В (0,5 В на аккуму11ЯТоре) в конце 5-ой сек разряда, то, скорее всего, дКБ к да11ьнейwей эксму­ атации не пригодна. • Работоспособную АКБ промывают снаружи теn­ юй проючной водой со щеткой и удаляют затвердев­ шие пятна грязи (предварительно заклеив липкой лентой, например скотчем, все вентиляционные от­ верстия). Во время мойки батарея не дОl\Жна пере­ ворачиваться И11И накюняться более чем на 45 угло­ вых градусов. После высыхания корпуса батареи его необходимо внимательно осмотреть. • Если на корпусе маю проработавшей батареи обнаружатся места протечек электролита (короткие трещины, СКОllЫ, протертости), их можно уетранить, за­ лив повреждения эпоксидной смоюй, армированной обрезками ниюк стеклоткани. 3а11ить электролит об­ ратно в аккумулятор необслуживаемой батареи можно через просверденное сверху аккуму11ЯТора отверстие, которое nосле заливки электролита надо заделать. Работы по устранению протечек хотя и относятся к мелкому ремонtу, но без соответствующего опыта проводить их не следует, результат будет отрицатеl\Ь­ ный. Ремонт батареи с ее разборкой А11Я замены от­ дельных аккумуляторов в рамках сервисного обслу­ живания не практикуется. • Затем проводят зачистку клемм АКБ крупной наждачной бумагой и проверку уровня, а также nют­ ности эrектролита во всех банках. Д/\Я эюго все пробки выворачивают из аккумуляторов. Аккуму/\ЯТо­ ры, уровень Э11ектро11ита в которых ниже электродов, обязательно доливают дистимированной водой. Пютность электролита в банках на этом этапе вы­ равнивать не следует, но ее и температуру электро­ лита необходимо зафиксировать до начала заряда. • Далее аккумуляторную батарею надо поставить под заряд ступенчатым током с контролем и регист­ рацией времени заряда и температуры. Начальный ток заряда устанаВ11ивают равным 0,1 С20 А, и заря­ жают батарею до напряжения 14.4±0.1 В постоян­ ным током. Затем ток заряда уменьшают до 0,05 ~А и, поддерживая его постоянным. продоl\­ жают заряд до состояния пОJ1Ной заряженности. Это состояние у обслуживаемой батареи прояВ11Яет­ ся началом интенсивного газовыделения, примерным равенством и неизменностью пютности ЭJ\еКТJ)Оl\ИТа в банках и достижением напряжения на аккумумпорах величины 2,65 .•• 2.7 В или 15,9••• 16,2 В на батарее. • Далее необходимо зафиксировать время заря­ да и продОl\ЖаТЬ заряд АКБ еще два часа (при посто­ янных токе 13 заряда, напряжении U3 заряда и nлот­ ности у электролита). За эти два часа происходит вос­ становительный переразряд батареи, при котором сульфат свинца растворяется в самых тонких и глубо­ ких канальuах активных масс. По истечении двуХ ча­ сов перезаряда. не прерывая тока заряда. необходи­ мо провести окончательную коррекцию пютности и уровня электроl\Ита по банкам и продоNКать переза­ ряд еще в течение одного часа. После коррекции за один час перезаряда аккумуляюры в исправной ба­ тарее становятся идентичными по всем параметрам. • На протяжении всего времени заряда надо сле­ дить за тем, чюбы температура электроflИТа в одной из средних банок не стала выше 45°С. Если это про­ изойдет, заряд надо временно прекратить. После окончания 3-х часового перезаряда бата­ рею необходимо обесточить и дать ей остыть до тем­ пературы в помещении 17••• 25°С. • Количество электричества С3, которое nмучит батарея за время ступенчатого заряда. можно рас­ считать по формуле: С,= 13i.t3i. + 132 t,2 , где t 3i_,t 32 - продОl\Жительности заряда током l3 i. = 0.1 Сн и током 132 = 0,05 С.. (в часах) . Время перезаряда в продОl\­ жительность t 32 не ВК11Ючается. • Теперь АКБ необходимо поставить на трениро­ вочный разряд юком 0,05 С.. А и зафиксировать время начала разряда, а также начальную темпера­ туру разряда. Поддерживая ток разряда постоянным и записывая через 2 ••• 3 часа температуру электроли­ та, надо не пропустить тот момент, когда напряже­ ние разряда на батарее станет равным 10,5±0.1 В или 1,75 В на отдельном аккумуляторе. Это напряже­ ние яВ11Яется коне'Н>IМ напряжением разряда и ука­ зывает на то, что АКБ ПОl\НОСТЫО раэрядиl\аСЬ. • Емкость С6р, отданная батареей при разря­ де, определяется следующим образом: Сбр=0,05Снtр/[1+0,01(Тер- 25)), где Сн - паспортная (номина11Ьная) емкость бата­ реи в ампер-часах, указанная на заводской этикет­ ке; tp - продОl\Жительность разряда в часах; Тер - (Т~. + Т2 + ...+ Тn)/п - средняя температура электролита в 0С за время разряда; п - чисю и но­ мер измерений. • Величина ~- измеренная и рассчитанная опи­ санным способом. называется рабочей (остаточной) емкостью батареи. Она дОNКНа быть не менее 50% от С,., чтобы батарея могм еще некоторое время по­ работать на борту автомобиля. Батарею, еще пригод­ ную А11Я последующей экСП11уатаuии с Ч~> > 0,5 Сн. 43
rмва4 снова полностью заряжают постоянным током 1, = 0.05 ~о д в течение 20-ти часов. • Если батарея имеет остаточную емкость менее 0,8 ~.ее заряд током 1, = 0,05 С20 до состояния ПОl\­ ной заряженности будет продолжаться менее 20-ти часов, но трехчасовой перезаряд и в этом случае не­ обходимо выполнить. Состояние полной заряженности аккумуляторной батареи определяют так же, как и при первом трени­ ровочном заряде. 4.8 . Тренировка необслуживаемых батарей Что касается необслуживаемых и монолитных АКБ, то их сервисное обслуживание отличается только в части процедуры заряда. Их заряжают в основном при постоянном напряжении U, = 14,5±1 В. Однако. если батарея сильно разряже­ на, ее заряжают смешанным способом. Началь­ ный ток заряда устанавливают не более 0.1 Сн А и поддерживают его постоянным до тех пор, пока зарядное напряжение на батарее не станет рав­ ным 13,5±0,1 В при температуре в зарядном по­ мещении 25±5°С. После этого батарею заряжают не менее 20-ти часов при постоянном напряже­ нии. Далее напряжение заряда устанавливают 14,5 В и поддерживают его постоянным на протя­ жении десяти часов заряда. Полная заряженность необслуживаемой и монолитной батарей проявля­ ется по резкому падению тока заряда почти до ну­ ля (при постоянном напряжении заряда 14,5 В). Временные зарядные характеристики для случая смешанного заряда необслуживаемой дКБ приве­ дены на рис . 4.4, г. Если напряжение на АКБ не превысит значения 14,5 В (что иногда имеет место при заряде на борту автомобиля от генератора с неисправным регулято­ ром напряжения), то перезаряда в необслуживае­ мых батареях не происходит. По этой причине даже для батарей с малой остаточной емкостью увеличе­ ние продолжительности заряда до 30-ти часов не представляет опасности. Остаточная емкость необ­ служиваемых и монолитных батарей определяется в режиме тренировочного разряда так же, как и для обычных АКБ. Но так как температура электролита в аккумуляторах, не имеющих пробок, измерена быть не может, в формулу для расчета С6Р вместо средней температуры Тер электролита подставляют среднее значение температуры в зарядном помещении и при­ бавляют к нему 10°С на самопрогрев АКБ при заря­ де. Тогда Сбр=0,05~оtp/[1+0,001(Т- 25)), где Т = Тк + 10"С; Т" - температура в помещении (20••• ЗО0С). 44 4.9 . Определение остаточноrо срока службы батареи Степень разряженности батареи, определенная сразу после ее снятия с автомобиля, служит важным показателем технического состояния автомобильной бортовой системы электроснабжения. Так, если после проведения конурольно-трениро­ вочного цикла выясняется, что АКБ поступила на сер­ висное обслуживание со степенью разряженности более 10% от остаточной емкости ~. то это говорит о том. что батарея постоянно недоэаряжалась авто­ мобильным генератором. Недоэарядка, как и пере­ зарядка, понижает срок службы дКБ. Причинами недоэаряда чаще всего являются: - слабое натяжение ремня генератора: - несоответствие климатической зоне эксплуата- ции автомобиля рабочего диапазона регулиро­ вания напряжения генератора: - низкая плотность электролита в АКБ зимой; - скрытая неисправность в генераторе . Основной причиной перезаряда АКБ на автомоби­ ле является повышенное напряжение генератора. Перезаряд, полученный батареей от автомобильного генератора, проконтролирован быть не может. Экспериментально установлено, что по остаточ­ ной емкости ~ можно ориентировочно определить ее остаточный срок службы Кос. (в месяцах): Кост=~[(2Сбр/ С20)- 1), где ~ - номинальный срок службы батареи при соблюдении правил эксплуатации. Данная эм­ пирическая формула хорошо согласуется с практи­ кой. Из этой формулы слещет. что аккумуляторная батарея с остаточной емкостью менее 50% от но­ минальной емкости Сн не имеет остаточного срока службы. Однако такую батарею можно использо­ вать на автомобиле летом до полной выработки ресурса . 4.10 . Зарядно-раэрядное устройство Практика показала , что даже глубоко разря­ женную батарею иногда можно привести в рабо­ чее состояние специальными тренировками . Кро­ ме того, нормально работающую батарею на вто­ ром-третьем гощ работы перед зимней эксплуата­ цией, необходимо подвергать профилактической тренировке. Для ПРоВедения тренировок помимо зарядного ус­ тройства необходимо иметь устройство для разряда батареи. Оно включает в себя волымеур постоянно­ го тока, амперметр постоянного тока и ламповый ре­ остат (рис. 4.1. б). Схема для разряда батареи может быть собрана совместно с зарядным выпрямителем, и тогда nолу-
Сервисное обсАуживание автомобиАьных аккумуАЯТОрных батарей чается универсальное зарядно-разрядное устройст­ во - 3РУ. Отечественная промышленность малоформатные 3РУ для обслуживания одного аккумулятора не выпу­ скает. А такие изделия зарубежного производства имеют высокую стоимость. Поэтому для ВJ1аДельца частного автосервиса целесообразно изготовить за­ рядно-разрядное устройство своими силами. На рис. 4.1 приведена принципиальная электри­ ческая схема 3РУ. Для сборки схемы потребуется силовой трансфор­ матор мощностью 300...400 В·А, например от старо­ го цветного лампового телевизора: мощный полупро­ водниковый выпрямительный мост, диоды которого рассчитаны на прямой ток 30...50 А и на рабочее на­ пряжение не менее 50 В: четыре мощных радиатора д/1Я выпрямительных диодов; амперметр постоянно­ го тока со шкалой 0 • .. 3 0 А; вольтметр постоянного тока со шкалой 0 .• . 3 0 В; ламповый реостат R, изго­ товленный по приведенной на рис. 4.5 схеме. Телевизионный силовой трансформатор надо ра­ зобрать и с его каtуШек смотать все обмотки. кро­ ме сетевых, которые, как правило, расположены первыми к каркасу. На освободившееся место нуж­ но намотать новую вторичную обмотку с 4-мя отво­ дами, проводом (или плоской шиной) с двойной изо­ ляцией и с сечением не менее 4-х кв. мм. Число вит­ ков W8 новой обмотки следует определить экспери­ ментально по числу витков Wн смотанной накальной обмотки: W8 = 4 Wн. Отводы нужно сделать от вит- R= (0...36 Ом) Рис. 4.5 . ков, занимающих в новой обмотке места: 0,5 W8 ; 0,6W8;О,7W8;0,8W8• После обратной сборки трансформатора необхо­ димо ПРоВерить полученные выходные напряжения на отводах. Они должны быть близкими к рящ: 14,0; 16,5; 19,5; 22,5; 28,0 в. Ламповый реостат можно собрать из девяти авто­ мобильных одноконтактных электроламп 12 В х 21 Вт, каждая из которых имеет сопротивле­ ние около 7 Ом, и девяти аналогичных ламп 12 В х 4 Вт (Rл = 36 Ом). Конструктивно ламповый реостат собирается из 18-ти ламповых патронов, со­ единенных параллельно и установленных на общем алюминиевом основании, которое одновременно бу­ дет являться радиатором охлаждения для ламп. Управлять таким реостатом очень просто: надо вынуть или вставить определенное количество элект­ роламп. При этом общее сопротивление лампового реостата можно изменять в очень широком диапазо­ не от 0,65 до 36 Ом с большим числом промежуточ­ ных значений. Перемычкой всех ламп сопротивление реостата делается равным нулю. Переключатель П можно изготовить из штекер­ ных клемм К и гибкого провода с наконечником N, рассчитанных на ток не менее 15 А. Все элементы схемы, кроме лампового реостата и измерительных приборов, можно собрать на общей горизонтальной плате. Ламповый реостат лучше расположить сверху над трансформатором и выпрямителем на отдельном радиаторе (на приподнятом листе алюминия). Изме­ рительные приборы следует установить на отдельной вертикальной плате. Примером исполнения может служить конструк­ ция зарядно-разрядного устройства, показанная на рис. 4.6 . Самое большое неудобство при работе с таким ЗРУ сосrоит в том, что приходится вынимать горячие лам­ пы из гнезд nри необходимости их отключения. Во из­ бежание ожогов лампы следует вынимать в кожаной перчатке или с помощью деревянных щипцов с пено­ пластовыми губками. Такие щипцы надо изготовить. Рис. 4.6. 45
ГАава4 На описанном стенде можно проводить все виды зарядно-разрядных работ, в том числе и контро11Ьно­ тренировочный цикл. 4.11 . Выводы и рекомендации Сnециалисl)' частного автосервиса, занятому тех· ническим обслуживанием автомобw\ьных аккумуля­ торных батарей, следУеТ иметь в виду: • новая малообслуживаемая сухозаряженная ба­ тарея до начала эксплуатации должна храниться в герметичной цемофановой упаковке; • срок хранения новой сухоэаряженной АКБ до продажи не должен превышать 12 месяцев со времени выпуска; • не следует покупать новую необслуживаемую залитую электролитом батарею, если вмонтиро­ ванный в нее указатель степени заряженности указывает на разряженное состояние батареи; • при самостоятельной заливке батареи электро­ литом необходимо строго соблюдать правила приготовления электролита и техники безопасно­ сти при работе с серной кислотой и ее раствора­ ми. Применение индивидуальных средств защи­ ты обязательно ; • после заливки и зарядки батареи необходимо откорректировать приведенную плотность у25 46 электролита под условия эксплуатации батареи в данном регионе и зафиксировать плотность Y2s в сопроводительном документе на АКБ; • хранить АКБ едедует только в заряженном состо­ янии и при пониженной темпераl)'ре, летом в прохладном помещении, зимой - при темпера­ l)'ре не ниже -20°С; • снятую с автомобиля АКБ для хранения следует подзаряжать не реже одного раза в З месяца (в теплых регионах) и не реже одного раза в 6 ме­ СRJев (в холодных регионах); • после 2 •• •3-х лет эксплуатации батарею необходи­ мо подвергать ежегодному профила~<тическому контролЬliо--rренировочному эарядно-разрядНому циклу; • номинальная (паспортная) емкость С.. батареи является ее рабочим параметром только для но­ миналЬliых условий эксплуатации (Т = 15.•• ЗО"С). При отрицательных темпераl)'раХ рабочая ем­ кость полностью заряженной батареи значитель­ но ниже паспортной; • отдача по емкости исправной и полностью заря. женной АКБ прежде всего зависит от темпераl)'· ры и тока разряда . В осветительном режиме (когда IP = 0,05 С.. при Т > 15°С) отдача может составить 95% от С,.. В режиме тока холодной прокрутки (lp = З С.. при Т = -18°С) отдача не превышает 8 ••• 10% от Сн .
= Глава пятая ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Генератор 11ВJUН1тс11 нсточннном элекrрнчесной энерrнн на автомо6НJ1е лрн работающем двнrа­ Т8J\е. Коrда АВНrаrем. не работает, элеюроэнерrня поступает в 6орrсеть от аннумуJUПОрнОй ба­ ТIJIНЖ. Танин образом, эмюроrенератор н аннунуJ111ТОрная батарея образуют автономную бо~ товую элентроэнерrетнчесную установну, ноторую лрннято называть снстеной элеюроснабжв­ ння автонобнJ1Я. Коrда в этой снстене лрннеЮ1J1ся генератор постоянного тона, то она обNtАВ­ м неАОСтаточно высоной ЭНСЛJ\уатацнонной Н8,48ЖНОСТЫО н ННЗННN начеством• вырабатывав­ моrо эмктрнчества. Кроне тоrо, техномrня нзrотоВJ1е111111 генераторов постоянного тона смж­ нu н дороrостоящаR. Все это лрнвмо н необХОАНNОСТН лрнненеН1111 на автонобнJ\Ях генерато­ ров лерененноrо тона, дооборудованных NОЩНЫN ло11улроводнннОВЬ1N выnряннтеJ\еN н элен­ ТJЮННЬIN реrу11RТорон налряжеННR. Основные cвeAeнtfR об автонобн11ьных ЭJ1ентроrенераторах нового лоно11е111111 расснаrрнваюп:я в данной главе. 5.1 . Закон электромвrнитной индукции Принцип действия любого электрогенераюра ос­ нован на первом законе электромагнитной индукции. Для одновиn<овой токопроводной рамки, вращаю­ щейся в постоянном магнитном поле tюбразного магнита, этот закон имеет вид Е =-В L V, где Е- электродвижущая сила (ЭДС), наведен­ ная в рамке; В - магнитная индукция поля постоян­ ного магнита; L - длина той части рам1<и. 1<оторая находится в магнитном поле; V - Bet<rop линейной аrорости перемещения рамки относительно неrю­ движного магнитного поля. Если рамка содержит нect<OJIЬl<o витков W. то ин­ дуuИрованная ЭДС Et< является суммой электродви­ жущих сил в этих виn<ах и определяется как: Е,.=-WВLV. (5.1) Знак "минус". 1<оторый часто опуа<ается, но всегда подразумевается, означает, что если под дейетвием ЭДС Е.. по рамке начнет протекать электрический ток (при подмючении нагру31<и), то созданное этим TOl<OM магнитное поле будет nротиеодейетвовать механичес­ кой силе F. приводящей рамt<У во врацение. Формула 5.1 , отображающая за1<он электромаг· нитной индукции ДЛЯ МНОГОВИТl<ОВЫХ рамо1<, может быть представлена в другом виде. если линейную скорость V перемещения витков рам1<и L относи· тельно магнитного поля В выразить через путь dx пе­ ремещения витков W по периметру 01<ружности вра­ щения с диаметром Х за время dt поворота рам1<и на соответствующий угол. Тогда V = dx/dt, и форму. ла для ЭДС Ек нес1<олЬ1<0 изменится: Е.. = -W В L V = -W В L dx/dt. • Сн. аюсну на стр. 12 rl\88bl J. Выражение В L dx соответствует изменению маг­ нитного пото1<а dФ при повороте рам1<и на шаг dx за время dt. Изменение магнитного пото1<а реализуется вра­ щением ротора с диаметром Х в маПiитопроводе ста­ тора, когда nлощадЬ виn<а ротора (S = LX). пронизан­ ная маПiитным потоком Ф = BS, постоянно изменя­ ется во времени t, и тогда: (5.2) Эта формула является основным расчетным выра­ жением для определения 11f!ДУЦИрованной элеt<Тро. движущей силы еФ• возникающей в фазных обмотках эле8<Тричес1<их машин переменного юка под воздей­ ствием изменения магнитного потока через обмотки: еФ =..>/о/Ф dФ/dt = -WФdФmcosrot/dt=~siпrot, гдеФmи~ - амплитудные значения величин Фи ЭДС еФ. При этом под фазной обмоТt<ой подразумевают элеt<Троnроводную катуwt<У. в которой наводится ЭДС еФ и которая в генераторах переменного тока всегда расположена на неподвижном стаюре. 5.2 . Модели автомобильных rенервторов nеременноrо тока Генераюр - это та1<ая элеt<Трическая машина, 1<оторая способна непрерывно вырабатывать элект­ ричесt<Ую энергию из механичесt<ой. Генераторы бы­ вают постоянного и переменного то1<а. Наиболее просто непрерывность работы генерато­ ра переменного тока можно обеспечить вращением постоянного маПiита в неподвижном магнитопрово­ де статора, на котором размещена фазная обмотка. 47
Гмва 5 в) б) NS Рмс:. 5.1 . 6ес:контактныii rенератор переменноrо тока с: аозбужденмем от пос:тоянноrо маrкмта: а - модель rенератора. б - ротор с коаксиальным (uилиндрическим) постоянным магнитом NS и с шестью когтеобразны­ ми полюсами; в - шестиполюсный статор с тремя фазными обмотками. соединенными ·звездой"; NS - кооксиальный (uи­ линдрический) постоянный магнит с полюсами N и S; М - магнитопровод статора; R - магнитопровод ротора в виде ког­ теобразных наконечников из твердой стали; Ф - магнитный поток ротора; d - воздушный зазор; Wф - фазная обмотка статора; Еф - ЭДС, наведенная в фазной обмотке; ы - круговая частота вращения ротора; 1, 2 , З, общ . - выводы фазных обмоток, соединенных ·звездой" . На рис. 5.1 . а представлена модель однофазно­ го синхронного генератора переменного тока с возбуждением от постоянного магнита. в котором вращающийся ротор - это двухполюсный постоян­ ный магнит NS, а неподвижный магнитопровод М с одной фазной обмоткой WФ - это статор. Синхрон­ ным он назван потому, что электрическая частота наведенной в фазной обмотке ЭДС еФ строго соот­ ветствует (синхронна) частоте вращения постоян­ ного магнита. Так как в данном типе генераторов отсутствует комекторно-щеточный механизм (КЩМ), то их то­ же относят к группе бесконтактных генераторов переменного тока. В реа11ьных генераторах переменного тока с по­ стоянными магнитами на роторе используются мно­ гоnОJ\ЮСНая система ротора (рис. 5 .1 . б) и многофаэ- в) ная (чаще всего трехфазная) система обмоток на статоре (рис. 5.1 . в). При определенной конфигурации ПОJ\ЮСНЫХ нако­ нечников (на роторе и статоре) можно получить из­ менение электродвижущей силы генератоРа по зако­ нусинусаеФ=~siпwt.гдеw=2рf- круговая.а f - электрическая частота генератора. Э11ектрическая частота f генератора измеряется в герuах (1 Гц= 1/с =с-'-) и связана с чисюм оборотов (n) ротора генератора выражением f = р п, где р - чисю пар полюсов постоянного магнита ротора. Ясно, что Д/\Я генератора, модель которого пока­ зана на рис. 5.1 , а, - число пар полюсов ротора равно единице. В таком случае fr (Гц) = пR (об/с). Если же постоянный магнит на роторе многопо­ люсный, электрическая частота генератора fr (Гц) увеличивается в число пар полюсов. Так, для гене- б) Рмс:. 5.2 . Смнхронныii rенератор переменноrо тока с: контактнымм коль11ам11 (с: внешним возбужденмем от пос:тояиноrо напряжения Uв) и с: иr.ювообразиым ротором: а - модель генератора; б - расчлененный ротор с катушкой возбуждения Wв и с шестью северными N и шестью южными S кr.ювообразными полюсами постоянного электромагнита; в - упрошенная конструкuия генератора; 1 - магнитопровод М статора с фазными обмотками Wф; 2 - мювообразные полюсные наконечники ротора; З - обмотка воз· буждения Wв; 4 - крыльчатка вентилятора; 5 - приводной шкив; 6 - магнитопровод R ротора; 7 - корпусные крышки; 8 - встроенный выпрямитель. 9 - контактные кольuа К; 10 - щеткодержатель КЩМ со щетками . 48
Прмнцмnы построения автомобМАьных rеиераторов 8)+ -u. в) Рмс. 5.3. И1tдуктор1tый rенератор nepeмe1t1toro тока с расnоложе1tмем обмоток Wв электромаr1tмт1tоrо возбужде1tмя на статоре: а - модем, генератора; б - схема соединения обмоток на однофазном статоре; в - упрощенная конструкuия генератора; 1 - паз ротора; 2 - подшипник : З - вал ротора; 4 - полюс ротора; 5 - корпус генератора; Wв. Wф - обмотки возбуждения и фазные . ратора с тремя парами полюсов на роторе (рис . 5.1, б) электрическая частота в три раза вы­ ше частоты генератора, отвечающего модели рис.5.1а(fr =р п =Зп). следует заметить, что число N полюсов у ротора с постоянными магнитами может быть только четным, т.е. N всегда равно 2р, где р- любое uелое положи­ тельное число (1, 2, з...) . • Вращающийся постоянный магнит на роторе может быть и электромагнитом. Тогда на ротор поме­ щается обмотка Wв возбуждения. Вращающаяся обмотка возбуждения соединяет­ ся с внешней электрической uепью при помощи контактных колеu на роторе и неподвижных щеток на крышке генератора, который в таком случае на­ зывается генератором переменного тока с контакт­ ными ко11ьuами. Модель такого генератора nоказа­ на на рис. 5.2. а. Его принuиnиальным отличием от nредыдущего ге­ нератора с постоянными магнитами является воз­ можность изменения величины магнитодвижущей си­ лы ротора, что позволяет регулировать величину вы­ ходного напряжения генератора. Необходимость уп­ равления напряжением автомобильного генератора связана с его работой в условиях непрерывно изме­ няющихся оборотов ротора. Так как в генераторе с роторной обмоткой возбуждения электродвижущая сила Е,. есть функuия двух переменных Е,. = f (В, n), то увеличение электродвижущей силы при повышении оборотов (n) двигателя внутреннего сгорания можно комnенсировать соответствующим уменьшением то­ ка 10 возбуждения в роторной обмотке возбуждения. Функuию управления В = f (10 ) выполняет peryllЯ­ тop напряжения генератора. • Возможен и третий вариант конструктивного исполнения автомобильного генератора переменно­ го тока, когда ротором является магнитомягкая пас­ сивная ферромасса (например, спрессованный на- бор тонких пластин из трансформаторного железа), а обмотка возбуждения постоянного магнита поме­ щена вместе с фазной обмоткой на статоре (рис. 5.3, а). Такие генераторы называются индукторными и в последнее время находят применение на автомобилях. 5.3 . Получение синусоидальной ЭДС в автомобильных rенераторах Несмотря на простоту приведенных моделей, они позволяют наглядно представить устройство и рабо­ ту электрогенераторов переменного тока (ГПТ). Вра­ щающая Часть во всех ГПТ называется ротором R. неподвижный магнитопровод М с рабочими обмот­ ками WФ и Wв называется статором S; WФ - фазная статорная обмотка: Wв - обмотка возбуждения (ли­ бо на роторе, либо на статоре). Если ротор выполнен как вращающийся электромагнит, то обмотка Wв на­ зывается роторной обмоткой возбуждения . Два магнитопровода (статорный и роторный) сов­ местно образуют главную магнитную uепь генерато­ ра, в замкнутый контур которой обязательно входит воздушный зазор d между вращающимся ротором и неподвижным статором. Как в электрической, так и в магнитной замкну­ той uепи имеет место закон Ома: 1 = U/R. Только в магнитных uenяx под током понимается магнитный поток Ф, под разностью потенuиалов - магнитодви­ жущая сила (МДС) F, а резистивностью является маг­ нитное сопротивление R" замкнутой магнитной uепи. Тогда Ф = F/R" = FG". По· аналогии с электрической, магнитная проводи­ мость Gм опреде11Яется как обратная величина рези­ стивности: G" = 1/R" = 1/(R0 + Rd)- Taк как в электрических машинах магнитное со­ протиВ11ение воздушного зазора Rd всегда значи- 49
fAUaS тельно больше магнитного сопротивления R0 маг­ нитопровода, то вся магнитодвижущая сила глав­ ного магнитного поля машины приходится на воз­ дУWНЫй зазор. Тогда очевидно, что изменение магнитного пото­ ка dФ = d(FG,. ,) может иметь место либо при измене­ нии мдс Fd воздушного зазора. либо при изменении магнитной проводимости Gci самого воздушного за­ зора. Возможно также одновременное изменение обоих параметров. С учетом сказанноrо, электродвижущая сила, ин­ .дУЦИрОВаННая в фазной обмотке WФ генератора пе­ ременноrо тока . может быть определена так: (5.3) Из выражения (5.3) следует, что ЭДС еФ можно навести в фазной обмотке WФ на статоре генерато­ ра тремя способами: а - изменением МДС Fd в ВОЗдУWНом зазоре, когда еФ =-WФGci(dFJdt); б - изменением магнитной проводимости Gci воз­ дУШНОГО зазора, когда еФ = -WФFct!dGci/dt); в - изменением обоих параметров одновремен­ но, коrда еФ = -Wф(dGci/dt)(dFJdt) . И то, и другое, и третье можно реализовать вра­ wением ротора относительно неподвижного статора. В этом суrь принципа действия любого генератора переменного тока, в котором всегда ~ = WФ dФ/dt = -WФdФmcosrot/dt=~siп2рft. 5.4. Конструктивное исnопнение rенераторов nеременноrо тока • S.СНонrантныii rенервтор с ео:J6уЖАениен or nocroRнlIOl'o наrннтв. В генераторе, выполненном по модели рис. 5.1а, враwающийся ротор - это по­ стояtМ>ай маrнит, а фазные обмотки WФ - это ка­ тушки на неподвижном статоре. Такой генератор на­ зывается бесконтактным генератором переменного тока с возбуждением от постоянного магнита . В генераторе реализуется принцип ~ = -WФGci(df,,/dt), при неизменной индукции BR ро­ тора (BR = coпst). Он может быть однофазным или многофазным . Генератор прост по конструкции, на­ дежен, не боится грязи, не требует электрического возбуждения, не имеет трущихся электроконтактов , срок службы определяется высыханием изоляции фазных обмоток. Но на современных легковых авто­ мобилях генератор с возбуждением от постоянного магнита не применяется из-за невозможности стро­ го поддерживать в нем постоянное рабочее напря­ жение при изменении оборотов двигателя внутреН­ неrо сгорания (применяется на тракторах для пита­ ния ламп в фарах). 50 • Генератор переменного rонв с нмовоо6раз­ НЬIН роторон н с но11Т8JfТНЬ1Юf HO/IЫlSllfН, отвечаю­ щий модели рис. 5.2а, имеет многофазный статор, аналогичный вышеописанному (рис. 5.1, в), но ротор генератора имеет некоторые отличия: вместо посто­ янноrо цилиндрического магнита NS между клювооб­ разными полюсами установлена обмотка W" возбуж­ дения (рис. 5.2, б). Обмотка W" своими выводами подключена к контактным кольцам К, которые в свою очередь через щетки КЩМ соединяются с внешней электрической цепью возбуждения. Таким способом клювообразный ротор становится мноrопо­ люсным постоянным электромагнитом, магнитодви­ жущая сила которого (F = W" 1. , ) может легко peryлr.+ роваться путем изменения тока 18 возбуждения. что очень важно для автомобильных электрогенерато­ ров. Здесь реализуется принцип ~ = -WФGci(df,,/dt), с управлением индукцией BR ротора (BR = var). Генератор с клювообразным ротором и с кон­ тактными кольцами имеет самое широкое примене­ ние на современных легковых автомобилях. Упро­ щенная конструкция такого генератора показана на рис. 5.2, в. • Индrкrорнын rвнерmор nеременноrо rонв. на рис. 5.3, а изображена модель индукторноrо генера­ тора переменного тока. Основным отличием этого генератора является то, что ero вращаюwийся ро­ тор - это пассивная магнитомягкая ферромасса, а обмотка возбуждения w. установлена на неподвиж­ ном статоре вместе с фазными обмотками WФ. Для уменьшения магнитных потерь ферромасса ротора , как и статора, выполнена набором тонких пластин из электротехнической стали. Генератор является бес­ контактным. Работа такого генератора основана на периоди­ ческом прерывании постоянного магнитного пото­ ка Ф 8 статора, что при вращении ротора достигает­ ся периодическим изменением величины воздУW­ ного зазора между статором и ротором . Ясно, что при этом магнитный поток Фа периодически изме­ няется с частотой , кратной частоте вращения рото­ ра. Таким образом, индукrорный генератор являет­ ся синхронным и управляется по напряжению с по­ мощью изменения тока 18 возбуждения в статор­ ной обмотке w". В индукторном генераторе реализуется принцип получения ЭДС путем изменения магнитной провод~+ мости Gd в ВОЗдУШНОМ зазоре: ~ = -WФfd(dGci/dt), при управлении величиной индукции в. магнитного поля статора. Соответствующим подбором конфиrурации по­ верхности пассивного ротора и полюсных наконечни­ ков статора можно приблизить периодичность изме­ нения магнитного потока Ф,, к синусоидальному зако­ ну, что обеспечивает синусоидальную форму рабоче­ му напряжению генератора: еФ = ~ siп rot .
Принципы построения автомобиАЬных rенераторов Индукторный генератор, как и вышеописанные типы генераторов, может быть однофазным или многофазным . Это зависит от числа фазных кату­ шек на статоре, от их расположения и от способа их соедИнения. На рис. 5.3, б приведена схема соединения обмо­ ток и их расположения на однофазном статоре ин­ дукторного генератора. Многофазный индукторный генератор , упрощен­ ная констру~щия которого показана на рис . 5.3, в, обладает всеми преимуществами бесконтактных ге­ нераторов, и в последнее время стал постепенно внедряться в систему электроснабжения современ­ ного легкового автомобиля. Так, Алтайский завод тракторного электрообору­ дования (АЗТЭ) освоил выпуск ряда бесщеточных ин­ дУКТорных генераторов для легковых автомобилей, которые поставляются в запчасти и имеются в про­ даже. д/1я автомобилей ВАЗ этот завод выпускает ин­ дукторный генератор с пятифазным статором. Однако еtедУеТ заметить. что гю таким параметрам, как кпд, масса и габариты, индУКТорные генераторы пока уступают генераторам с контактными кольцами. 5.5 . Выnрямитеnи автомобиnьных rенераторов Любой современный автомобильный генератор переменного тока обязательно содержит мощное по­ луnРоводниковое выпрямительное устройство. вмон­ тиРованное непосредственно в корпус генератора. Выпрямитель генератора выполняет функцию преобразования синусоидального напряжения, вы­ рабатываемого генератором, в постоянное напря­ жение бортовой сети автомобиля. Простейшее звено выпрямительного устройст­ ва- это мощный полупроводниковый диод, который обладает односторонней проводимостью электричес­ кого тока. Через такой диод одна полуволна синусои­ дального напряжения проходит, а другая отсекается. Получается одноnолуnериодное выпрямление одно­ фазного синусоИдаЛЬного напряжения. При выпрямлении многофазной (например, 3-х фазной) системы напряжений, которую вырабаты­ вает современный автомобильный генератор, для двухполупериодной схемы на каждую фазу требует­ ся по два диода. Комбинацией полупроводниковых диодов можно создать различные схемы выпрямителей (рис. 5.4): а - однополупериодную; б - двухполупериодную; в - двухполупериодную мостовую; г - двухполупе­ риодную многофазную. Наибольшее распространение в автомобильных генераторах переменного тока nолучили двухполупе­ риодные 3-х фазные выпрямители, собранные по \ " . _. _._, ........ _ VD1 VD2 VD3 VDn r) Рис. 5.4. Схемы выпрямителей автомобмл•ных rенераторов схеме Ларионова (рис. 5.4, г). В этой схеме для каж­ дой фазы генератора имеет место четырехдиодная мостовая сборка (см. красную часть схемы рис. 5.4, г). Такая схема выпрямляет оба полуперио­ да в системе линейных синусоидальных напряжений : UФ1=U1SiПwt UФ2 =u2 siп (wt - 120°) UФЗ =u3 siп (wt - 240°). По постоянному току схема Ларионова работает на одну общую нагрузку R" . Обмотки статора генератора при этом могут быть включены как ·звездой" (рис. 5.5), так и • треуголь­ ником" (рис . 5.6). Следует заметить. что когда максимальный ток в одной фазе генератора превышает допустимый ток для одного диода, то каждое плечо выпрямительного моста может содержать два параллельно включенных диода. Тогда в силовой диодной сборке на три фазы в выпрямителе ларионова устанавливаются 12 диодов . WI jv& ·\/D5r Ic ~ г:. ~~: • • •s с \/011 • * вw Рмс. 5.5. Схема трехфазноrо выпрямителя с соедмненмеи обмоток мзвездоii" м с А_~~_!!!'тел•н~н -~~м___J 51
rмва & 6) ....._.,......,._......,_2-.._з.....,._4""-s""е"'""'"" L u" u" u" R. Рис. 5.6 . Схема З-х фазноrо выnрям11те11я с соединением статорных обмоток rемератора •треуrо11t.н11ком" (а) 11 временные дмаrраммы фазных наnряженмii с оrмбающеii nостоянноrо тока rенератора (б) Все полупроводниковые диоды, которые выпуска­ ются спеuиально для автомобИ11Ьных генераторов, имеют корпусную таблеточную конструкцию. Для удоб­ ства сборки на радиаторной nлате генератора диоды прямой полярности имеют на корпусе положительный электрод, а диоды отрицательной полярности - оrри­ цательный электрод. В некоторых генераюрах для ПИТ8К1Я обмотки воэбуждеtИ1 применяется отдельная ГPifll18 из 3-х ~ nолнительных диодов малой мощности прямого на­ правлек-~я (зеленые диоды на рис. 5.5). Это иаwочает разряд аккуму11ЯТОрной батареи полным током обмот­ ки возбуждения при включенном зажигании, но при неработающем двигателе внутреннего сгорания. К дополнительной диодной сборке подключается и кон­ трольная лампа HL генератора (рис. 5.5). В автомобИllЬНЫХ генераторах с обмотками стато­ ра. вмюченными по схеме ·звезда" . в лучах звезды имеют место третьи гармоники синусоидальных фаз­ ных напряжений. Энергия этих гармоник может быть добавлена к общей энергии генераюра. Для этой це­ ли междУ нулевой точкой ·звезды" и выводами (+) (-) генератора устанавливаются два дополнительных си­ ловых диода (красные диоды на рис . 5.5). Мощность генератора при этом увеличивается на 12...15%. 52 Автомобильные генераторы переменного тока со встроенным выпрямителем часто называют вентиль­ ными генераторами. Многофазный выпрямитель вен­ тильного генератора дает высокую частоrу и малую амплиrуду пульсаций выпрямленного напряжения . на рис. 5 .6 , б приведены временные диаграммы фазных напряжений Uвь. UЬс, Uce для 3-х фазного статора и их совместное действие на общую нагруз­ ку Rн со стороны постоянного напряжения генерато­ ра (огибающая L) . Следует также заметить, что в современных ав­ томобильных генераторах большой мощности (Рг 2 0,9 кВт) чаще применяется схема включения обмоток статора "треугольником". При этом линей­ ный ток в плече выпрямителя больше тока в фазной обмотке на величину iЗ. что позволяет применять более тонкий провод для фазных обмоток . Кроме то­ го, значительно упрощается схема контрольной лам­ пы генератора (рис . 5 .6 , а). Подавляющее большинство современных авто­ мобИ11Ьных генераторов несут на своем корпусе ми­ кроэлектронный (интегральный) регулятор наnря. жения . описанию этого устройства посвящена глава 7.
=Глава шестая================ КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ СОВРЕМЕННЫХ АВТОМОБИЛЬНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Аанная rлава посвящена рассмотрению конструкций современных автомобильных э11ектро1енераторов импортноrо [6] и отечественноrо произвоАства. ПривеАены тре­ бования к техническому обслуживанию автомобильных rенераторов и способы их ремонта. 6.1 . Современные автомобипыtые rенераторы фирмы BOSCH Фирма BOSCH выпускает автомобильные генера­ торы с 1913 года. Ею освоены все стадии совершен­ с1Вования этого изде11Ия, и в настоящее время она яв11Яется передовой фирмой на мировом рынке авто­ мобильных генераторов . Генераторы фирмы BOSCH обладают исКNОчитель­ но высокой надежностью и техничеа<им совершенст­ вом . При правильной технической эксплуатации они работают не менее 300 тыс. км пробега . По 11Ицензи- 23 45 367 Рис. 6.1 . Автомоби11ьный rенератор компактной конструкции: 1 - шкнв; 2 , 6 - передняя н задняя крышки; З - венти- 1\Ятор; 4 - статор: 5 - ротор: 7 - узе11 ·щеткодержате11ь­ реrу11Ятор напряжения"; 8 - контактные ко11ьца; 9 - вы­ прямите11ьный б11ок; 10 - крепежная 11апа. ям и образцам ЭТОЙ фирмы ИЗГОТаВ/\ивается подавля­ ющее большинство автомобильных электрогенерато­ ров нового поколения во всех европейских странах. • Генератор KC.14V45/BOA фирмы BOSCH, пока­ занный на рис. 6.1, является новой разработкой фирмы и относится к компактным автомобильным ге­ нераторам (Compact Geпerator). Основные его отли­ чия от традиuионного генератора следУЮщие: а - на валу ротора генератора установлены две крыльчатки вентилятора, которые теперь расположе­ ны внутри корпуса генератора с обеих сторон от ро­ тора. Это значительно уве11Ичило возщшный поток Рис. 6.2 . ~ч-+j----jR-f+-- 7 ПТ'Ql.L.L.._ 10 9 Автомобм11ьныii rенератор традмuмонной конструкuии (K114V23/55A· Bosch): 1- шкив;2 - вентиАЯтор; З - передняя и задняя крышки; 4 - статор; 5- обмотка возбуждения; 6 - КАювообразный ротор; 7 - контактные ко11ьца; В - кре­ пежная 11апа; 9 - узе11 •щеткодержате11ь-реrу11ятор напряжения"; 10 - подшипник. 53
rАВВа е охлаждения, и при сохранении габаритов генератора его мощность увеличилась на 10...12%; 6 - контактные кольца ротора и щеткодерж8Те/\Ь вместе с выпрямительным блоком вынесены за пе­ риферию тыльной крь~шки генератора, что позволи­ ло уменьшить габариты корпуса генератора, контакт- 1---8 Рмс. 8.З. Комстру11тмвмые компоненты rенератора K114V23/SSA фмрмы BOSCH: 1- эаднмй nодшиnник; 2 - обмотка возбуждения трехфаэно­ rо rенератора; 3 - кольцевой комектор; 4 - ротор (вращаю· щаяся часть) генератора; 5 - креnежная nластина; 6 - nеред· ний nодшиnник; 7 - крышка корnуса rенератора; 8 - дистан· uионная шайба; 9 - крыльчатка вентилятора; 10 - nриводной шкив rенератора; 11- rровершайба: 12 - стяжная rайка; 13 - интеrральный реrулятор KV наnряжения; 14 - корnус ге­ нератора; 15 - монтажная nАаСТИНа мя rюл)'llроводниковых вЫ1ря14!Тельных диодов VD; 16 - трехфазная статорная об­ мотка S rенератора с маrнитоnроводом статора; В - маrнит­ ное rюле ме111ДУ ротором и статором; АКБ - аккумуляторная батарея; d - доrюлнитеАЬная диодная сборка; HL - контроАЬ­ ная ламnа rенератора; S - статор; R - ротор; VD - силовые диоды; КV - интегральный реrулятор наnряжения. 54 ные кольца уменьшить в диаметре, а подшипник - перенести в воздУUJНЫй поток охлаждения. Это обес­ печило уменьшение износа контакт...~>< колеtJ и ще­ ток КЩМ и увеличило срок безотказной работы под­ шипников; в - привод компактного генератора осуществля­ ется посредством эластичного клинового (или поли­ клинового) ремня через проточенный приводной шкив уменьшенного диаметра. Передаточное отно­ шение привода увеличено до 3,5. Это позволяет по­ лучать ток заряда аккумуляторной батареи уже при холостых оборотах двигателя внутреннего сгорания. о Генератор К114V2З/55А фирмы BOSCH пока­ зан на рис. 6.2 . Он относится к генераторам тради­ ционной конструкции, которая включает в себя трех­ фазный статор, включенный "треугольником", КllЮ­ вообразный ротор с контактными кольцами и с 00. моткой возбуждения в виде монолитной катушки, шестидиодный силовой вентильный выпрямитель и дополнительные диоды. На валу ротора со стороны привода установлена крыльчатка вентилятора с при­ водным шкивом под зубчато-клиновый ремень. Такая конструкция вентильного генератора пере­ менного тока уже давно стала классической, и по­ давляющее большинство современных легковых а& томобилей, как зарубежных. так и отечественных, оборудованы такими генератороми. Комплектующие детали генератора и их взаимное расположение в генераторе показаны на конструк­ тивном чертеже (рис. 6.3). Здесь же приведена эле­ ктрическая схема генератора. 6.2. Автомобмьный генератор 955.3701(АЗТЭ) Общая харакrеристнна. Отечественный генера­ тор 955.3701 (рис. 6.4) Алтайского завода трактор­ ного оборудования выпускается как альтернативная запасная часть к легковым автомобилям ВАЗ. Этот генератор является бесщеточным (бескон­ тактным) индукторным генератором переменного то­ ка с неподвижной аксиально-продольной каl}'шкой 11 возбуждения в передней корпусной крышке гене· ратора. Ранее такие генераторы на легковых автомо­ билях не применялись. Генератор оборудован nятифазной обмоткой 5 на статоре 6, шестилучевым ротором 8 и nятифазным выпрямителем 4. собранным по схеме Ларионова (применен выпрямительный блок БПВ62·100). Име­ ется также дополнительная диодная сборка. Сило­ вые диоды рассчитаны на ток 20 А, а дополнитель­ ные- на2А. На задней корпусной крышке 19 генератора (снаружи) расположен интегральный регулятор 21 напряжения Я112Б с подстроечным резистором
Конструктивное исnоАНение современных автомобильных rекераторов 22 . -l -'U---41-J-23 H~ilf---hf/. 24 б) 86•10195 11 Рмс. 6.4. 6ecщetoчнi..ii мндукtорныii reнepatop 955.3701: 1 - кожух; 2 - вал; З, 14 - подшипники; 4 - выпрями­ tельный блок reнepatopa; 5 - обмоtка ctatopa; 6 - маr· нитопровод статора; 7 - посtоянный маrнит ; 8 - звездоч­ ка ротора; 9 - стяжной винт; 10 - маrнитопровод индук· тора в передмей крышке ; 11 - 06NОТ11а возбуждения ; 12 - вту~ка индуl(тора; 13 - В'l)'Ака ротора; 15 - rайка ; 16 - wкив; 17 - кры~ьчатка вентилятора; 18 - передняя крышка с крепежной лапой; 19 - задняя крышка; 20 - выходная мемма (+) rенератора ; 21 - интеrральный реrу­ лятор напряжения (ИРН) ; 22, 23 - крепежные дета~и: 24 - подстроечный резистор; 25 - помехоподавительный конденсатор; У - впадина звезды ротора; Z - зубец звез­ ды potopa; R- ротор ; S - статор. 24, ВМJОчение которого обеспечивается специаль­ ным переключателем посезонной регулировки. Здесь же расположен помехоподавляющий конден­ сатор 25 емкостью 2.2 мкФ. который на современ­ ных генераторах переменного тока является обяза­ тельной деталью. Ротор 8 генератора выполнен в виде шестилуче­ вой звезды. набранной из тонких 1\ИСТОВ электротех­ нической стали (из магнитомяn<ого материала). Во впадинах звезды расположены постоянные магниты 7, которые способствуют началу самовозбуждения генератора и несколько повышают его мощность. На передней крышке 18 (изнутри) располагает­ ся индуктор с магнитопроводом 10 и с втулкой 12, на которую намотана обмотка возбуждения 11. На­ значение индуктора - создавать на статоре глав­ ное магнитное поле генератора. Поскольку рассма­ триваемый генератор имеет смешанное возбужде­ ние (от постоянных магнитов и от индукторной об­ мотки возбуждения), то для расширения рабочего диапазона регулирования тока возбуждения на ин­ дукторную втулку 12, кроме основной обмотки воз­ буждения 11, намотана встречно ей включенная размагничивающая обмотка Wp, нейтрализующая действие постоянных магнитов на высоких оборо­ тах ротора генератора. Маrннтные цепн н ЭАС rенератора. Магнитные цепи иНдукТорного генератора 955.3701 показаны на рис. 6.4, б. Обмотка статора расположена на десяти зубцах статорного магнитопровода (зубцовый шаг 36°) и разбита на пять фазных секций по две зубцовых ка­ тушки в каждой секции. Зубцовые катушки одной и той же фазной секции разнесены друг от друга по периметру внутренней окружности статора на 180 уг­ ловых градусов. Таким образом. 10-ти катушечная статорная обмотка является пятифазной . Фазные секции соединены между собой в пятиугольник. Возможны и другие варианты исполнения статора. Ротор генератора представляет собой шестилуче­ вую звезщ Z из магнитомяn<ого материала. Таким образом. в магнитные цепи генератора входят: 10-ти зубцовый магнитопровод статора 6, магнитопроводная шестилучевая звезда ротора 8 и индукторная втулка 12. При вращении звезды Z под каждым зубцом ста­ тора перемещается то зубец, то впадина звезды z. и процесс повторяется через 60° поворота ротора. При этом меняется воздушный зазор между стато­ ром и ротором, а, следовательно, и магнитное сопро­ тивление Rd зазора (см. рис. 5.3 в главе 5). В резуль· тате магнитный поток в возщшном зазоре инщктор­ ного генератора изменяется от максима11Ьной вели­ чины Фmвх до минимальной Фm1n без изменения на­ правления (рис. 6.5). Пульсирующий магнитный по­ ток имее1 постоянную Ф0 и переменную Ф_ состав­ ляющиеФ=Фо+Ф_=Фо+Фmcoswt. Постоянная составляющая магнитного потока Ф0 =(Фmвх + Фm!n)/2 в наведении ЭДС в с1аторной обмотке не участвует и бесполезно намагничивает магнитопровод статора rенератора. Как следствие, магнитопровод статора в инщкторном генераторе более массивный, чем в синхронных генераторах с контактными кольцами. ЭJим объясняется более ши­ рокое применение индукторных генераторов на гру­ зовых автомобилях. Переменная составляющая Ф_ магнитного пото­ ка с амплитудой Фm = (Фmах - Фm1n)/2 наводит ЭДС в катушках статорной обмотки: ек =-W dФ/dt = -W dФm cos (l)t/dt = Е,,, siп 21tft, где W - число витков в катушке; Е,,, - амплитудное значение ЭДС ек. Как видно из рис. 6.4, б, в индукторном генерато­ ре зубец и впадина ротора образуют пару полюсов. поэтому число пар полюсов ротора равно числу зуб­ цов ротора р = Z. Тогда час1ота переменного тока в 55
rА1Не ф ,..... - ------ ~ 1 1 Фо Рмс. 6.5 . 1 1 ,..... 1 ~-----! ---- ----т-- ~ о Пульсмрующмii маrнмтныii поток мндукторноrо rенератора: j 1- злектромаrнитное возбуждение; 2 - смешанное (с по­ стоянными маrнитами) возбуждение. статорной обмотке, выраженная в Гц, равна f = Z х n/60 (п - число оборотов ротора в об/мин) . Таким образом, при вращении ротора инщктор­ ного генератора в ВИП<ах катушек обмотки статора индуцируется переменная (пульсирующая) ЭДС . по форме близкая к синусоиде, с частотой, синхронной (пропорциональной) частоте вращения ротора. Инщкторные генераторы характеризуются коэф­ фициентом ~ использования маrнитного потока, ко­ торый опредемется как: ~ = Ф..,/Фсr = 0 ,5 (1 - Фm1n/Фrn..,.) , где Ф,.. = Ф"""' cos rot дЛЯ традиционного генера­ тора с контактными кольцами , Ф..,. = 0,5 (Фrn..,. - Фrn;n) cos rot для индукторного генератора. В идеальном случае, когда Фrn1n =О, коэффициент ~ = 0,5. В реальных индукторных генераторах Фrnin/Фrnвx" 0 ,3 .. .0 ,4 и ~ = 0,3. Таким образом, при одИнаковой мощности индукторные генераторы имеют большие габариты и массу, чем синхронные генераторы с контактными кольцами . На расширение дИаПазона изменения магнитного потока работают постоянные маrниты, которые уста­ новлены во впадинах звезды ротора (полярность их по/\ЮСов, обращенных к статору, противоположна по­ лярности зубцов ротора, см. рис. 6.4, б). При этом ми­ нимальная величина Фrn1n магнитного потока в воз­ дУШном зазоре может быть значительно понижена (см. рис. 6.5). а отдаваемая генератором мощность увеличена, что приближает индукторный генератор к генератору с клювообразным ротором (в последнем имеет место знакопеременный магнитный поток). Эмкrриwскu схема rенератора. В от11Ичие от традиционных автомобильных генераторов, индук­ торные генераторы могут иметь как трехфазный, так и мноrофазный статор. Генераторы мощностью бо­ /'ее 700 Вт выполняются с nятифазной или семифаз­ ной обмоткой статора, причем фазные секции стато­ ра соединены в многоугольник. 56 Электрическая схема генератора 955.3701 при­ ведена на рис. 6.6. Пять фазных секций статора соедИнены в пяти­ угольник с последовательностью включения 1-4 -2 -5 - 3-1. Эта последовательность подчиняется опреде­ ленной логике . Дело в том, что при кольцевом со­ единении фаз статорной обмотt<И в ней. помимо пя­ ти Фазных напряжений. наводится пять междуфаз­ ных: Uac, Uce. uеь. UЬd, Uda (см. рис. 6.6). А так как пространственный угол сдвига межщ пятью фазными секциями по периметру статора меньше 120°. то фазные напряжения становятся меньше междуфазных и выпрямитель начинает выпряммть междуфазные напряжения. При этом энергетика генератора нарушается, т. е. падает мощность и ко­ эффициент полезного действия (КПД). Чтобы этого не происходило, выбирают такой порядок соедине­ ния катушек , чтобы электрический угол ер сдвига фаз межщ пульсирующими напряжениями, кото­ рые поочередно подаются на выпрямитель, был бы близким к 120°. В общем случае дЛЯ этой цели конец nервой фаз­ ной секции соедИняется с началом той фазной сек­ uии , номер которой на число К больше , и так далее по круrу статора. Число К называется шагом включения фаз и оп­ ределяется как : К=[m/п]+1. где m- число фазных секцИй в статоре, п - число катушек в одной фазе (из дроб11 m/3 берется только целая часть). Тогда АЛЯ nятифазного статора с двумя катушками в фазной секции К= з, ер= 108°, и последователь­ ность включения катушек получается такой: 1-4-2-5-3- 1. Порядок включения трехкатушечной секции дЛЯ 5-ти фазного статора будет другим: 1-3-5-2-4-1 (К = 2; ер= 144°). Выпрямление системы пятифазных пульсирующих напряжений , по форме близких к синусоиде: Рмс. 6.6. 1 Эt.ектрмческая схема rенератора 955.3701: 1.4.2.5.З - нумераuияфазныхсекций;а,Ь,с,d,е - lточки соединения фаз; V01•. • V0 10 - сиt.овые диоды (20 А); VD11 .•• V0 1 5 - ДОПОАНительные диоды (2 А); Rн - омическая нагрузка rенератора.
Конструктивное мсnоJ\Н8нне современных автомобмьных rенератороs U1 = Uea siп 111t } U3 = uаь siп (111t - 108°) U5 = UЬс siп ((l)t - 216°) U2=Ucdsiп(М-324°) U4 = Ude siп ((l)t - 432°) ремизуется с помощью пятифазной выпрямите11ЬНой схемы Ларионова. в которой силовые вентильные ди­ оды работают попарно с чередованием порядка про- 1'1)'С1<СН'!Я тока по фаз1-Ь1М плечам выпрямите11Я: U1- VD1.VD9;U3- VD3.VDб;U5- VD5.VD8; U2 - VD2. VD10; U4 - VD4. VD7. Таа<Им образом. в любой момент времек-t на на­ ГРf.Зку генератора R" работают только два диода: один - прямой. другой - обратной полярности. В 1\Юбой многофазной системе статора. собранной по схеме многоугольника, фазные токи всегда меньше r.инейных (выпрямляемых) на величину корня из m, что позволяет выполнять катушки фазных обмоток более тонким проводом. Именно поэтому в инщктор­ ных генераторах большой мощности (Рг <!: 1.0 кВт) число фаз на статоре делают увеличенным (5. 7, 9), и тогда общий ток в нагрузке генератора формирует­ ся поочередной отдачей энергии от нескольких ли­ нейных токов 1,., каждый из которых равен l./m. При этом частота nу11ЬСаций fn выпрямленного на­ ....,ЯЖек1Я будет несколько выше, чем в трехфазном генераторе. 6.3 . Техническое обсnуживание rенераторов Современный генератор является надежным из­ делием автомобильного электрооборудования . Его техническое обслуживание в эксплуатации сведено к МИНИМуМу. • Работы по проверке текушего технического со­ стояния и обслуживанию генератора проводятся че­ рез 50•••80 тыс. км пробега, но не реже одного ра­ за в два года. Прежде всего проверяется надеж­ ность крепления генератора к двигателю и натяже- ние приводного ремня. На рис. 6. 7 показаны основ­ ные детали стандартного крепления генератора к двигателю. Натяжная рейка 4 крепления генератора имеет продолговатую прорезь под фиксирующий болт 3. что позволяет натягивать приводной ремень генератора до требуемой нормы (8 ...15 мм). Крон­ штейн 1 должен быть надежно привернут к двигате­ лю, а болт 5, проходящий через кронштейн 1 и пово­ ротную втулку генератора. после регулировки натя­ жения ремня крепко затянут. Недостаточно жесткое крепление генератора к двигателю приводит к изло­ му натяжной рейки 4 и других деталей крепления. Слабо натянутый ремень 2 проскальзывает по шкиву 6, что способствует ускоренному износу ремня и шкива, а также снижению частоты вращения ротора генератора под нагрузкой и уменьшению напряже­ ния на его выводах. Аккумуляторная батарея при этом не дозаряжается. Превышение усилия натяже­ ния ремня приводиr к перегрузке подшипников, их перегреву и выходУ из строя. Правильность натяже­ ния проверяется по прогибу ремня в средней части нажатием на него торцом динамометра (или паль­ цем) с усилием 3 ••. 10 кГс (в зависимости от типа ав­ томобиля). Прогиб А ремня (см. рис. 6.7) должен со­ ответствовать требованиям инструкции по эксплуата­ ции конкретного автомобиля (как r.~равило, величина прогиба лежит в пределах 8 ••• 15 мм). • Периодически целесообразно проверять нор­ мальную работоспособность генераторной установки. Контрольная лампа на щитке приборов не фиксирует неисправность в системе электроснабжения в случае повышения выходного напряжения генератора. По­ этому бортовым вольтметром, а при его отсутствии вольтметром, подключенным к клеммам аккумулятор­ ной батареи, необходимо замерить величину борто­ вого напряжения, установив среднюю частоту враще­ ния коленчатого вала двигателя (2600..• 3000 мин-1) и вмючив даl\ЬНий свет фар. V исправно работаю­ щей генераторной установки напряжек-tе должно на­ ходиться в пределах 13,5••• 14,8 В. оно не должно по­ вышаться при увеличении частоты вращения или сни- Рис. 6.9. Рис. 6.8 . Potopныii y:se11: Рис. 6.7. Мнтеrра11ьныii реrу11ятор наnряжения К n11еи11е rене ato а к две ~М~1..1:&.~.=:1~~~~-1 1 - подшипник; 2, З - контактные ко11ьца роторной обмотки возбуждения 57
rA8888 жаться при вмючении других потребителей, напри­ мер стеклоочистителя , более чем на ±0.1 В . • При сезонном техническом обслуживании rене­ раторной установки, содержащей переК11Ючатель по­ сезонной регулировки на регуляторе напряжения (см . рис . i.4 поз . 21 и 24), весной этот nереК11Юча­ тель переводится в поюжение "Лето", осенью - в положение ·зима·. Посезонная корректировка регу­ лируемоrо напряжения обеспечивает оптимальный заряд аккумуляторной батареи, что блаrоприятно сказывается на ее сроке службы. о При каждом очередном снятии генератора с автомобиля (через 100•. •150 тыс. км пробеrа) д1\Я профилактики необходимо провести осмотр щеток (рис. 6 .8) и контактных колец (рис. 6.9). Минимально допустимое выстуnание щеток из щеткодержателя указано в инструкции по эксплуатации автомобиля. Если выстуnание К щеток (см . рис. 6.8) менее 4 ... 5 мм, их следует заменить. Контактные кольuа можно зачистить мелкозернистой наждачной бума­ rой. Если износ колец ротора более 0.5 мм по диаме­ тру, необходимо разобрать rенератор и на роторе в сборе проточить кольца. • Подшипники ротора (см. рис . 6.9) закрытоrо типа и не требуют смазки в течение rарантийноrо срока службы rенератора . Но при ремонте rенерато­ ра подшипники необходимо набить густой смазкой (защитные крышки легко снимаются шилом и леrко устанавливаются обратно). 6.4. Ремонт rенератора Автомобильный rенератор может иметь как меха­ нические, так и электрические повреждения. • К мехак1ческим повреждениям относятся: пе­ ретирание шкива rенератора приводным ремнем, разрушение подшипников ротора и износ деталей крепления . При значительном износе подшипников может иметь место соударение ротора со статором. Все эти неисправности, как правило, являются след­ ствием нарушения технических условий эксплуата­ ции rенератора. Их устранение связано с заменой вышедших деталей из строя . • Электрические неисправности связаны с нару· шек-tем целостности электрических цепей в rенера­ торе или с их коротким замыканием. Информаuию об электрических неисправностях rенератора можно получить по осuимоrраммам вы­ прямленноrо напряжения (рис. 6.10), не прибеrая к ero снятию с автомобиля . Аля этого используется мо­ тор-тестер с осцимоскопом, фирменный сканер или обычный осuимоrраф. Аля rенератора. снятоrо с ав­ томобиля , данная проверка осуществляется на кон­ трольно-диагностическом стенде или с помощью ци­ фровоrо мультиметра. 58 • К часто встречающимся электрическим неис­ правностям генератора относятся: nереrорание с об­ рывом или короткое замыкание диодов выпрямитель­ ного бюка; нарушение контакта в месте nаЙКИ выво­ дов обмотки возбуждения к контактным кольuам: об­ рыв, межвитковое замыкание или замыкание на •массу" обмоток статора и обмотки возбуждения. • неисправный rенератор после мойки кероси­ ном или соляркой и просушки ПОАllеЖИТ разборке на составные уэлы и проверке их работоспособности. Аля выявления электрических неисправностей необ­ ходимо иметь мультиметр (тестер) . Фирмы-иэrотовители поставляют в запчасти та­ кие узлы, как ротор в сборе , статор в сборе, выпря­ мительный блок, щеткодержатель с регулятором на­ пряжения в сборе. Однако в некоторых случаях при­ ходится самостоятельно восстанавливать отказав­ шие узлы. Аля этоrо rенератор необходимо полно­ стыо разобрать на отдельные составные части. ВьmрRМНТем.нwii бмж. При стандартном испол­ нении выпрямительноrо бюка (рис. 6.11) в нем ис­ пользуются серийно выпускаемые полупроводнико­ вые диоды таблеточной конструкции. Выпрессовку поврежденного таблеточного диода следует прово­ дить с помощыо ручноrо пресса , а не молотком, что­ бы не повредить посадочное отверстие в радиатор­ ной плате. В крайнем случае диод можно выдавить из rнезда с помощью тисков через оправку. У сило­ вых диодов отечественноrо производства, которые поставляются в запчасти, диаметр корпуса увеличен на 0,5 мм no сравнению со стандартным, поэтому от­ верстие под запрессовку необходимо несколько раз- ... u,, 11)~ ~ - - 4г!У1 IS)~ """""'- -"""""'41 __,, . •)~ fТlJ обр"'8- -обротмоа ,.,,__,. .. Рмс. 6.10 . Осuммоrраммы выпрям11еммоrо маnряжеммя rемераторв: U8- напряжение на выходе си11овоrо выпрямитеАЯ; U0 - напряжение ма выходе дополните111.ноrо выпрямителя. 1
Конструктивное исполнение современных автомобильных rенераторов вернуть (до диаметра 13,12 мм) . следует обратить l!НWо!аНие на полярность нового диода. которая должна соответствовать полярности заменяемого. llоl\ярность диода обозначается на его корпусе /\Ибо !<раСкой, либо знаком("+" - красный uвет; ·-· - черный uвет). У~ие при запрессовке диода должно приклады­ ваться вертикально , возрастать плавно и не превы­ wать 50 кГс . При соблюдении осторожности запрес· совку можно выполнить через оправку и с помощью обычных тисков. После запрессовки диод припаива­ ют к соединительной шине . Продолжительность пай­ ки не должна превышать 15 сек паяльником мощно­ стью 60...100 Вт. Фазнwе о6ноrки статора. Если устранить неис· nравность в обмотке статора (рис. 6.12) без пере­ мотки не представляется возможным, то проводится 3ао1еНа статора или перемотка обмотки. Прежде чем удалять из пазов статора поврежденную обмотку, не­ обходимо определить ее тип (•звезда" или •треуголь­ tИ<"), схему соединения секuий, диаметр провода, число витков в катушках и их распределение по сло­ ям. А/19. того чтобы легко снять обмотку, статор поме­ щают в электропечь, где при температуре 500."600°С в течение 5 ч происходит тепловое раз.. руwение изоляuии обмотки. После охлаждения об­ мотка без труда извлекается из пазов статора. Очи­ стив статор от следов старой изоляuии, в его пазы укдадывают nленкоэлектрокартон ПЭК толщиной o;l.7 ... 0 ,32 мм И11И nолиэтилентерефталатную пленку ПЭТФ толщиной 0,2 мм . В крайнем случае можно пр'1о1еНИТЬ тонкую стеклоткань. Новая обмотка мо­ жет быть намотана проводом ПЭТ-200, ПЭТД-180, ПЭВ-2, ПЭСВ-3 или ПЭТВМ . Витки катушек обмотки укладываются плотно друг к другу, их число и распре­ деление в ряду должно соответствовать удаленной обмотке. После окончания намотки в пазы забивают КNoIНЬЯ и проводят пропитку обмотки любым жидким э.-.ектротехническим лаком. Применяются пропиточ­ ные лаки МЛ-92 или ГФ-95 с добавлением 15% смолы К-421-02, а также компаунды КП50. ЭД-20. Режим сушки указывается на этикетке тары используемого Pllc. 6.11. llwnpRMllТ8AЬllWii 6АОК фирмw BOSCH таторнwii маrнмтоnровод с фа311wм11 обмоткамм электролака . Применять случайные лаки (например, мебельный нитролак) не следует. О6моткв возбуж.дення. Проверку uелостности об­ мотки возбуждения выполняют с помощью тестера без разборки роторного узла, внешний вид которого показан на рис. 6 .9 . Чаше всего обрыв обмотки воз­ буждения связан с некачественной пайкой ее выво­ дов к контактным кольuам. При проверке необходимо с помощью иглы пошевелить выводы обмотки в мес­ тах пайки. Если электрический контакт то появляется. то исчезает - выводы обмотки следует пропаять. Если соединения выводов с контактными кольuа­ ми надежны, а проверка тестером показывает обрыв обмотки, то необходимо определить место обрыва. При обрыве обмотки возбуждения в верхних вит­ ках катушки ее иногда можно восстановить без раз­ борки ротора. При наличии внутреннего обрыва, вы­ званного проворотом каркаса обмотки возбуждения. при коротком замыкании обмотки на массу генерато­ ра (проверяется тестером меж,ду корпусом и КОl\Ы.Jа­ ми), а также в случае почернения и осыпания изоля­ uии с проводов обмотки. требуется ее перемотка. д/1я перемотки разбирают ротор с помощью съемника или пресса. предварительно отпаяв выводы обмотки от контактных колеu. затем удаляют с каркаса дефект­ ную обмотку и наматывают новую. Рекомендуются об­ моточные провода: ПЭТД-180, ПЭТ-200, ПЭТ-155, ПЭТВ-1. ПЭТВ-2. При намотке каркас должен быть на­ дет на втулку. Число витков наматываемой обмотки и диаметр провода дОllЖНЫ соответствовать прежним данным. После окончания намотки и сборки ротор пропитывают электротехническим лаком и просуши­ вают так же, как и обмотку статора. Для некоторых конструкuий современных генер& торов напрессовка полюсных половин на вал выпол­ нена таким образом . что их снятие с вала становит­ ся невозможным. В этом случае при выходе из строя обмотки возбуждения заменяют ротор в сборе. Ннтеrрам.ный perylUfТOP нвпрRЖенЮJ. Современ­ ные автомобильные генераторы переменного тока содержат в своем конструктивном составе интег· ральный регулятор напряжения (ИРН) . Такой регуля­ тор имеет малые габариты, не перегревается, доста­ точно надежен в работе и, как правило, монтируется совместно с щеткодержателем КЩМ в едином блоке (см. рис. 6.8). Электрическая схема ИРН в проuессе эксnлуата­ uии крайне редко выходит из строя . Однако, так как она составляет единую деталь со щеткодержа­ телем и со щетками, а щетки КЩМ требуют замены в среднем через 200••. 250 тыс. км пробега, то весь узел вместе с пригодной ИРН приходится ути­ лизировать из.за выхода щеток и щеткодержателя из строя . Однако следует заметить, что в ряде случаев истер­ тые щетки кщм можно заменить на новые, если в уз- 59
rмва8 Рмс. 6.13. ле прещсмотрен дос"J)'П к местам пайки (ИllИ свар­ ки) медных жrуrиков от щеток. В таком случае щетки слещет извлечь из гнезд, зачистить мес­ та пайки (ИllИ сварки) от остатков старых жrуrи­ ков и запаять с примене­ нием теплоотвода новые щетки. Сама злектран­ ная схема ИРН ремонту не подлежит. Но в неко- торых конструкциях гене­ раторав ИРН монтирует- Вмитовоii симимк фмрмw воsсн ся на щеткодержателе (см. рис. 6.8) или непо­ средственно на корпусе генератора (см. рис_ 6-4 , б) как самостоятельная конструктивная деталь. В таком случае ее замена не вызывает проблем. ПОАШНIJННЮI ротора. Уже отмечалось. что под­ шипники ратора - закрытого типа. Они набиты гус­ той смазкой при изготовлении и специального ухода не требуют. Однако при случайном попадании в под­ шипник жидкого растворителя (например, бензина) консистенция смазки нарушается, тогда подшипник быстра выходит из страя. Учитывая сказанное, опус­ кать снятые с генератора подшипники в любую мою­ щую жидкость не слещет. Другой причиной разрушения подшипников может стать перетяжка приводного ремня генератора. Достоверным признаком выхода подшипника из строя ЯВllЯется характерный шум (свисТ) в генерато­ ре, который исчезает при снятии приводного ремня. Но в двигателях с наружной водяной помпой анало­ гичный шум мoryr издавать и неисправные подшип­ ники помпы. В таком случае шум можно юкализовать праслушиванием с помощью медицинского стетоско­ па ИllИ с помощью А11Инной пластмассовой трубки. Для замены раторных ПОДШИПНИКОВ, Пришедщ.1Х В не­ Год/iОСТЬ, генератор требуется снять с дswаrеля и ГIОllНО­ стыо разобрать. ПередJ-IИЙ nодUМИIК с вала генератора еле~ С1-1'М81Ь вместе с КОJJП>ОiОЙ f<PЬllJ(OЙ винтовым Съемl-WDМ (рис. 6.13). При сбивании ПОдl.J.ИКf(ОВ МОЖНО ЗНСНПеl'ЫiО nовредmь торuы вала генератора Заменять ПOAUJllfИIКИ МОЖНО ТО/\ЬКО на а6ооtюrно atia'IOl"WН>le. Ино­ гда ПОдllИll-И( с ОДVКIКОВЫМ номером отличается на/\ИЧИ­ ем И11И отсуrствием защитной крьUJ<И IWI смазки.. Г\од11JИ11- 1И<И открьггоrо типа в автомоби/lьн>lх генераторах )сrана& /\ИВ81Ь не слещет. В заК11Ючение отметим, что генератор импортно­ го автомобиля, не под11ежащий ремонту, можно за­ менить на отечественный, если ПОС/\едний подходит по Э/\ектрическим параметрам. Детали крепления генератора к двигате/\Ю в та­ ком случае приходится изготавливать самостоятель- 60 но с их подгонкой по месту. что А11Я квалифицирован­ ного ремонтника не представляет трудностей. 6.5 . Маркировка rенераторов • Обозначение (марt1ировка) отечественных ае­ томобИllьных генераторов производится по схеме хххх.3701 И/\И хххх.3771. Согласно ГОСТу 3701 и 3771- зто типовые подгруппы "Генератор". На ме­ сте знаков ·х· в обозначении ставятся цифры от О до 9. Первые две цифры, начиная с 11, обозначают порядковый номер модели. третья цифра - модифи­ кацию изделия, четвертая цифра - исполнение. Предусмотрены следующие виды исполнения генера­ торав: 1 - д11я холодного климата, 2 - общеклима­ тическое исполнение. 3 - д11я умеренного и трапиче­ ского климата, 6- экспортное исполнение, 7 - экс­ портное исполнение д/\Я траnического климата. 8 - экспортное исполнение Д11Я стран с холодным клима­ том, 9 - общеклиматическое экспортное исполне­ ние. Uифры до точки, кроме первых двух, мoryr опу­ скаться . Если изделие имеет нескО11ько вариантов исполнения одной и той же модификации, то такой вариант также обозначается цифрами . проставлен­ ными справа от основного обозначения через тире. Например, вариант генератора 583.3701 со встро­ енным реrулятором наnрЯжения Я112В1, поставляе­ мый в запчасти д11Я автомобилей ВАЗ-2108, -2109 имеет условное обозначение 583.3701 -20 , что сле­ щет читать так: 58-я модель третьей модификации генератора 3701 в 20-м варианте конструктивного исполнения (т.е. с Я112В1). Кроме того, отечественной промышленностью по­ прежнему выпускается ряд изделий с буквенно-циф­ ровым обозначением, например Г221-А, где Г - ге­ нератор, 221 - номер модели, А - модификация. • Иной подход к маркировке генераторов принят у иностранных фирм-изготовителей. Как правило, в обозначении отражен базовый размер генератора (наружный диаметр статора) и его основные электри­ ческие параметры. Рассмотрим усювные обозначения генераторов фирмы BOSCH (Германия). которые устанаВ11Иваются на легковых автомобилях. Генераторы традиционной конструкции (см. рис. 6.2) имеют фирменную маркировку, которая со­ держит буквенное обозначение предельных разме­ ров Д/\Я наружного диаметра статора: G- 100...109 мм. К-120 ...129 ММ, N-130.. .139 мм. UИФ­ ра после буквы обозначает тиn системы возбужде­ ния: 1 - клювообразные по11ЮСа, 2 - явно выра­ женные полюса, 3 - неподвижная обмотка возбуж­ дения (бесконтактное исполнение). далее указыва­ ются номинальное напряжение и два значения тока, разделенных косой чертой (при частотах вращения
Конструктивное исnоАНение современных автомобмАЬJtЫХ rенераторов Таблица 6.1 . Основные параметры отечественных электрогенераторов для современных легковых автомобилей Nt Тмn ~ ЧастотавращОИМR ~ НомИJt.-11 ДonolНIТ811Wibli1 Иите~ n/n на отечествеtн.IХ без иаrрухм lllnpU-, теж, perymrrop rенератора 1ВТ1>МОбмт1х менее, 11'и! В А ~·i. нanpu- .... ...-- -, ВАЗ-2101, -2102. ±- Г22IА -21 011, -2103, -2106 1150 42 2 - = r Г222----i ВАЗ-2105. ВАЗ-2104.L 1250 14,3±0.S I 50---+------ ecn. ВАЗ-1111, ЗдЗ-1102 _____ . з 37-3701 ВАЗ-2106.-2109 1100 14.1,оО,5 55 _ _ _,!_ 16-З701-=1_ гАЗ-2~~~102. ~00 -----1.-------+---65----.-----r-------1 5 581.3701 "Мсх:uич-2141" -+ -1400 IЗ.9±0.5 52 ecn. 6 -4. 583.3701 -20 ВАЗ-2106, -2109 -+==. 1150 =с 14,2±0,5 ~ 60 . __, ___ вm___ ,_ _ _ ВСТL 7 ~3701 ВАЗ-2110 1050 14,2±0.5 65 8СJЬ 8СJЬ ротора 1500 и 6000 мин-1). Частота вращения 1500 мин-1 примерно соответствует частоте враще­ ния коленчатого вала автомобильного двигателя в режиме холостого хода, а частота 6000 мин-1 - ре­ жиму максимального тока отдачи генератора. Маркировка вентильного генератора фирмы ВОSСН с клювообразными полюсами, с наружным диаметром статора 125 мм, с номинальным напря­ жением 14 В и с токами отдачи 23 и 55 А при часто­ тах вращения ротора 1500 и 6000 мин-1 (соответст­ венно) имеет следующий вид: K114V23/55A. о Ранее фирма BOSCH указывала после номи­ нального напряжения максимальный ток отдачи ге­ нератора и число, в 100 раз меньшее частоты вра­ щения ротора, при которой генератор отдает ток, равный 2/3 максимального. Например, маркировку К114V55А20 следует читать так: 55 А - максималь­ ный ток 1"..., генератора при п = 6000 мин-1, 20 - число, соответствующее частоте вращения ротора 2000 мин- 1 , при которой генератор отдает ток, рав­ ный0,671"8.,. Я55Х0,67=37А. о Генераторы компактной конструкции обознача­ ются по несколько иной схеме, когда обозначение типа системы возбуждения (цифра после первой бук­ вы) З::iменена буквой С - Compact-Generator (ком­ пактное исполнение). Буквенное обозначение наружного диаметра ста­ тора также изменено G-116 мм, К-125 мм, flf-138 или 142 мм. В отличие от генераторов традиционной конструк­ ции, компактные генераторы рассчитаны на более высокое передаточное отношение привода, поэтому в режиме холостого хода двигателя внутреннего сго­ рания частота вращения ротора генератора выше и составляет 1800 вместо 1500 мин-1• Например, маркировка KC14V45/80A обознача­ ет: вентильный генератор компактной конструкции с клювообраэным ротором, наружным диаметром ста­ тора 125 мм, номинальным напряжением 14 В, мак­ симальным током отдачи 80 А и током отдачи 45 А при п = 1800 мин-1• Кроме того, фирма BOSCH после обозначения ти­ па генератора указывает десятизначное число, так называемый каталожный номер, который отобража­ ет специальную информацию об особенностях той или иной модификации (присоединительные разме­ ры, расположение выводов, способы защить1 от по­ падания воды, пыли, грязи; уровень регулируемого напряжения, наличие силовых стабилитронов и др.). Такая информация является достоянием фирменных каталогов. 61.
= Глава седьмая РЕГУЛЯТОРЫНАПРЯ>КЕНИЯ АВТОМОБИЛЬНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Современный автомо6нм.ный АВиrатем. внутреннеrо сrорання (АВС} работает в широком инте~ вале нзменення оборотов 600••• 7000 миlГ'-). Соответственно изменяется и частота вращення ротора автомо6Н11ЬНОrо генератора, а значит, и его ВЬ11'ОАНое напряжение. Зависимость ВЫ1'ОА­ ноrо напряження генератора от оборотов АВС 1ЮАоnустнма, так как напряжение в 6ортсетн ав­ томобнля АОАЖНО 6wть постоянным не только прн изменении оборотов АSНГатем, но и прн изме­ нении тока наrрузкн. Функцню автоматнческоrо реrу11Ировання напряжения в автомобнм.ном генераторе выпо1111яет спецнам.ное устройство - реrуАЯТор напряжения. Аанная гмва посвя­ щена рассмотрению регуляторов напряжения современны1' автомобнм.ных rенераторов пере­ менного тока. 7.1 . Реrулирование напряжения в генераторах с электромагнитным возбуждением Спосо6ы реrуМфОааЮ111. Если г11авное магнитное ПО/\е генератора наводится З11ектромагнитным воз­ буждением, то З11ектродвижущая cw.a Е,- генератора может быть функцией двух переменных: частоты п вращения ротора и тока 18 в обмотке возбужде­ ния - Е,- =f (п, 1.,). Именно такой тип возбуждения имеет место во всех современных автомоби11ьных генераторах пере­ менного тока, которые работают с параме11Ьной об­ моткой возбуждения (1). • При работе генератора без нагрузки его напрЯ­ жение Ur равно его электродвижущей силе ЭДС Е,.: u. = Е,.=СФп. (7.1) НапрЯЖение Ur генератора под током 1" нагрузки меньше ЭДС Е,- на ве11ичину падения наnрЯЖения на внутреннем сопротивлении r. генератора, т.е. можно записать, что Е,-=Ur+lнfr=Ur(1+~). (7.2) Ве11Ичина ~ = 1" r./Ur называется коэффициентом нагрузки. Из сравнения форму11 7 .1 и 7.2 следует, что на­ пряжение генератора Ur=пСФ/(1+(3), (7.З) где С- оостоянный конструктивный коаффИJИент. Уравнение (7.З) показывает, что как при разных частотах (п) вращения ротора генератора (п = Var), так и при изменяющейся нагрузке (~ = Vаг), неиз­ менность напряжения Ur генератора может быть по- 62 11учена то11ько соответствующим изменением маг­ нитного потока Ф. магнитный поток Ф в генераторе с з11ектромагнит­ ным возбуждением формируется магнитодвижущей сИ/\Ой f 8 = W 18 обмотки W8 возбуждения f# - чис110 витков обмотки W.J и может легко управляться с по­ мощью тока 18 в обмотке возбуждения. т.е. Ф = f (18 ). Тогда u. = f (п, ~. f (l,J], что позволяет удерживать на­ прЯЖение u. генератора в заданных пределах реrули­ рования при 11юбых изменениях его оборотов и на­ грузки соответствующим выбором функции f (18 ) реrу- 11Ирования. • Автоматическая функция f (18 ) реrу11ирования в реrу11яторах напряжения сводится к уменьшению максимального значения тока 18 в обмотке возбуж­ дения. которое имеет место при 18 = U./R.. (R, . - активное сопротиВ11ение обмотки возбуждения) и может уменьшаться несколькими способами (рис. 6.1): поДК11ючением к обмотке W8 параме11ьно (а) или пОС11едовате11Ьно (б) дополнительного сопро­ ТИВ/\ения Rд; закорачиванием обмотки возбужде­ ния (в); разрывом токовой цепи возбуждения (г). Ток через обмотку возбуждения можно и увеличи­ вать, закорачивая пое11едовательное дополнитель­ ное сопроТИВ/\ение (б). Все эти способы изменяют ток возбуждения скач­ кообразно, т. е. имеет место прерывистое (дискрет· ное) реrу11ирование тока. В принципе возможно и аНа/\Оrовое реrу11ирование, при котором ве11ичина пое11едовате11ьного допо11ните11ьного сопроТИВ/\еНИЯ в цепи возбуждения изменяется n11авно (д) . Но во всех случаях напряжение U, генератора удерЖивает· ся в заданных преде11ах реrу11ирования соответст­ вующей автоматической корректировкой величины тока возбvжления . ДИснреrн1н1мпуАЫ:ное реrулнрование. 8 совре- менных автомоби11ьных генераторах маrнитодвижу. щую CИllY F8 обмотки возбуждения. а значит, и маг·
РеrуАЯТоры напряжения автомобмАЬных rенераторов а) б) В) r) д) + + + + + к Rд к к Рмс. 7.1. Способы управ11еммв током во3бу111денмв: Г - генератор с nараме11ьным возбуждением; Wв - обмотка возбуждения; Rд - доnо11ните11ьное соnротив11ение; R - б811- 1\8СТНое соnротив11ение; К - коммутатор тока (реrу11ирующий орrан) в цепи возбуждения; а, б, в, г, д - указаны в тексте. юпный поток Ф изменяют периодическим прерыва­ нием или скачкообразным уменьшением тока 18 воз­ буждения с управляемой частотой прерывания, т.е. nрw.~еняют дискретно-импульсное реrулирование ра. бочего напряжения U, генератора (ранее применя­ лось аналоговое реrулирование, например, в уголь­ t*"Х реrуляторах напряжения (2)). Суть дискретно-импульсного реrулирования станет понятной из рассмотрения принципа действия гене­ раторной установки, состоящей из простейшего кон­ тактно~ибрационного реrулятора напряжения. и ге­ нератора переменного тока (ГПТ). о Функциональная схема генераторной установки, работающей совместно с бортовой аккумуляторной ЧЗ(Ws) ЗУ(П) СУ +Ь (МN):z 1 1 1 кэ (К) батареей (АКБ), показана на рис. 7 .2 . а, а электриче­ ская схема- на рис. 7.2. б. В состав генератора входят: фазные обмотки Wф на статоре СТ, вращающийеЯ ротор R, силовой выпря­ митель ВП на полупроводниковых диодах VD, обмотка возбуждения W8 (с активным сопротивлением Rv,). Ме­ ханическую энергию вращения А,,, = f (п) ротор rенера. тора получает от две. Вибрационный реrулятор напря­ жения РН выполнен на электромагнитном реле и вклю­ чает в себя коммутирующий элемент КЭ и измериrель­ ный элемент ИЗ. Коммутирующий элемент КЭ - это вибрационный электрический контакт К. замыкающий или размыкаю­ щий дополнительное сопротивление Rд• которое вклю- 1 1 1 1 1 1 l'tRд г; Wв R Wф ст цос @ Батарея VD АКБ Urp uc вn 1 ИЭ-юм. аnеменr : КЭ-llОМ. ~ 1 ____________________ ..... _____________ 1 Ам==fn РН - регулятор наq:~я>Кв+iИЯ 1 --------------~-----------------------· ;-------------------------------т-----------------------------------;---------: ~ 'Rд n + , Е§~ • Wф ! к fFn Ur' u1_ ' VDЗ: uc 1 ,__ -- -. 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Ws s _ Ur, Генератор VD4 VDS VD6 : РН - pervnamn наnnRжения : АКБ --------------------------------------~----------~C~~~r---C-~~------J---------- Рмс. 7.2 . Функцмона11ьнав (а) и а11ектрическав (б) схемы rенераторноii установим с вмбрацмонным реrу11втором напрвженив (расwифровкв обозначений в тексте) 63
rA8881 чено с обмоткой возбуждения W0 генератора rюсt>едо­ вательно. При срабатывании коммутирующего элемен­ та (размыкание контакта К) на его выходе формирует­ ся сиn-~ал 't Rд (рис. 7 _2, а). Измерительный элемент (ИЗ, на рис. 7 .2 . а) - это та часть электромагнитного реле, которая реализует три функции: 1) функцию сравнения (СУ) механической упругой силы Fn возвратной пружины П с магнитодвижущей СИЛОЙ f 5 = W5 15 релейной обмотки S (W5 -число вит­ ков обмотки S, 15 - ток в релейной обмотке), при этом резу11Ьтатом сравнения является сформированный в зазоре u период Т (Т = tp + t3) колебаний якоря N: 2) функцию чувствительного элемента (ЧЭ) в це­ пи обратной связи (UOC) реrулятора напряжения. чувствительным элементом в вибрационных реrуля­ торах является обмотка S электромапнитного реле, подключенная непосредственно к напряжению U, генератора и к аккумуляторной батарее (к послед­ ней через ключ зажигания ВЗ); З) функцию задающего устройства (ЗУ), которое реализуется с помощью возвратной пружины П с си­ лой упругости Fn и опорной силой F0 • о Работа реrулятора напряжения с электромагнит­ ным реле наглядно может быть пояснена с помощью скоростных характеристик генератора (рис. 7 .З и 7 .4). Пока напряжение U, генератора ниже напряже­ ния U6 аккумуляторной батареи (U, < U6 ), электромаг­ нитное реле не срабатывает и возвратная пружина П удерживает контакт К в замкнутом состоянии. При этом ток lвб в обмотке W8 возбуждения не изменяет­ ся, так как определяется постоянным напрЯЖением U6 батареи (ключ зажигания ВЗ - включен) и сопро­ тивлением Rw обмотки возбуждения: lвб = Uб/Rw. Ре­ rулирования напряжения не происходит (на рис. 7 .З участок О••• nm1пl· При увеличении оборотов две напряжение гене­ ратора возрастает и при достижении некоторого значения u" •• > U6 магнитодвижущая сила Fs релей­ ной обмотки становится больше силы Fn возвратной пружины П, т.е. F8 = 1. w . > Fn. Электромагнитное реле срабатывает, и контакт К размыкается, при этом в цепь обмотки возбуждения включается до­ полнительное сопротивление Rд. Еще до размыкания контакта К ток 18 в обмотке возбуждения достигает своего максимального значе­ ния18 " ... = U,Rw > 186, от которого сразу после размы­ кания контакта К начинает падать, стремясь к свое­ му минимальному значению 18 min = U,/(Rw + Rд)­ Вслед за падением тока возбуждения напряжение ге­ нератора начинает соответственно уменьшаться U, = f (18 ), что приводит к падению тока 15 = U,/R5 в релейной обмотке S, и контакт К вновь размыкается усилием возвратной пружины П (Fп > F5 ). К моменту размыкания контакта К напряжение генератора U, становится равным своему минимальному значению 64 Рмс. 7.3. Изменение Ur, lв, Rв во временм t: Rpf(n) в) _,, б) а - зависимость текущеrо значения выходного наnряжения rенератора от времени t - U, = f (t); б - зависимость текуще­ rо значения в обмотке возбуждения от времени - 18 =f (t); в - зависимость средне~етическоrо значения соnротив­ ления в цеnи возбуждения от времени t - Re =f (t) ; t - вре­ мя . отвечающее частоте (n) вращения ротора генератора . Um•n• но остается несколько больше напряжения акку­ муляторной батареи (U, mln > Uб). Начиная с момента размыкания контакта К (п = Пmin• рис. 7 .З), даже при неизменной частоте п вращения ротора генератора, якорь N электромаг­ нитного реле входит в режим механических автоко­ лебаний. и контакт К, вибрируя, начинает периодиче­ ски. с определенной частотой коммутации fк = 1/Т = 1/(tp + t 3 ) то замыкать. то размыкать дополнитель­ ное сопротивление Rд в цепи возбуждения генерато- Ur Ra -~ Rw . . . . . --: ---- -:- . ' . ' :~ш>: . ' ' : 1 ~--- ' ' Рмс. 7.4- Скоростнwе характермстмкм rенератора
РеrуАЯТоры напряжения автомобИАЬНых rенераторов ра (зеленая линия на участке п = Пер = coпst, рис. 7 .3). При этом сопротивление Rв в токовой цепи возбуждения изменяется скачкообразно от значе­ ния Rw до величины Rw + R•• Так как при работе регулятора напрЯжения кон­ mкт К вибрирует с достаrочно высокой частотой fк коммутации, то R8 =Rw + tp Rд• где величина tp- это относительное время разомкнутого состояния кон­ mкта К, которое определяется по формуле: 'tp = 1p/(t3 + tp). где 1/(t3 + 1р) =fк - частота ком­ мутации. Теперь среднее. установившееся д/1Я дан­ ной частоты fк коммутации значение тока возбужде­ ния может быть найдено из выражения: 1,,ер=u,. cp/R. =u. cp/(Rw +ТрRJ= u. cp/(Rw + RдVf.J, гдеR8 - среднеарифметическое (эффективное) значение пульсирующего сопротивления в цепи воз­ буждения, которое при увеличении относительного времени tp разомкнутого состояния контакта К так· же увеличивается (красная линия на рис. 7.4. в). • Рассмотрим более подробно. что происходит при коммутациях с током возбуждения. Когда контакт К длительно замкнут, по обмотке W8 возбуждения протекает максимальный ток возбуждения 18 = U,/Rw. Однако обмотка возбуждения Wв генератора представляет собой электропроводную катушку с большой индуктивностью и с массивным ферромаг· нитным сердечником. Как следствие, ток через об­ мотку возбуждения после замыкания контакта К на­ растает с замедлением. Это происходит потому, что скорости нарастания тока препятствует гистерезис в сердечнже и противодействующая нарастающему 1оку - ЭДС самоиндУJ<Ции катушки. При размыкании контакта К ток возбуждения СJремится к минимальной величине, значение кото­ рой при длительно разомкнутом контакте определя­ ется как 18 = U,f(Rw + RJ. Теперь ЭДС самоиндукции совпадает по направлению с убывающим током и не­ сколько продлевает процесс его убывания. Из сказанного следует, что ток в обмотке возбужде­ li1Я не может изменяться мгновенно (скачкообразно, ica< дополнительное сопротивление RJ ни при замыка­ нии, ни при размыкании цепи возбуждения. Более то­ rо, при высокой часrоте вибрации контакта К ток воз­ буждения может не достигать своей максимальной или ~величины, приближаясь к своему средне­ му значению (красная лиtи~ на рис. 7.4, б), так как ве­ ЛИЧl'На fp = Тр/fк увеличивается с увеличением часто­ ты fк коммутации, а абсолютное время t 3 замкнутого состояния контакта К уменьшается. Из совместного рассмотрения диаграмм, пока­ занных на рис. 7 .3 и рис. 7 .4 . вытекает, что среднее значение тока возбуждения (красные линии б на рис. 7.3 и рис. 7.4) при повышении оборотов п уменьшается, так как при этом увеличивается сред­ неарифметическая величина (зеленая линия в на рис. 7.3, в и красная линия на рис. 7.4, в) суммарно- З Аеrоrрони1<а го, пульсирующего во времени сопротивления R8 це­ пи возбуждения (закон Ома). При этом среднее зна­ чение напряжения генератора (Ucp на рис. 7 .3 и рис. 7 .4) остается неизменным. а выходное напря­ жение U, генератора пульсирует в интервале от Umax до Umln• Если же увеличивается нагрузка генератора, то регулируемое напряжение U, первоначально падает, при этом регулятор напрЯжения увеличивает ток в обмотке возбуждения настолько, что напряжение ге­ нератора обратно повышается до первоначального значения. Таким образом. при изменении тока нагрузки ге­ нератора (/3 = Var) процессы регулирования в регуля­ торе наnрЯжения протекают так же, как и при изме­ нении частоты Вращения ротора. Пу/\ЬСSЦНН petylt!4pyeмoro НВЩUIЖеNНR. При ПО· стоянной частоте п аращения ротора генератора и при постоянной его нагрузке рабочие пульсации тока возбуждения (дl8 на рис. 7.4 . б) наводят соответству­ ющие (по времени) пульсации регулируемого напря­ жения генератора. Амплитуда пульсаций ЛUr = 0,5 (Umвx - Um1n)* регу­ лятора наnрЯжения U, от амплитуды токовых пульса­ ций дl8 в обмотке возбуждения не зависит, так как определяется заданным с помощью измерительного элемента регулятора интервалом регулирования . По­ этому пульсации напрЯжения u. на всех частотах вра­ щения ротора генератора практически одинаковы. Однако скорость нарастания и спада напрЯжения u. в интервале регулирования определяется скоростью нарастания и спада тока возбуждения и, в конечном счете, частотой вращения (п) ротора генератора. Когда нагрузка генератора и частота вращения его ротора не изменяются, частота вибрации контак­ та К также неизменна (fк = 1/(\з + tp) = coпst). При этом напрЯжение Ur генератора пульсирует с ампли­ тудой ЛUр = 0,5 (Uma, - Uminl около своего среднего значения Ucp (красная линия на рис. 7.4. а). При изменении частоты вращения ротора, напри­ мер. в сrорону увеличения или при уменьшении на­ грузки генератора, время t 3 замкнутого состояния ста­ новится меньше времени 1р разомкнутого состояния (t3 < tp), а значит, среднее значение тока 18 возбужде­ ния 1,, ер= U, cp/(Rw + Rд fp/f.J падает. ПрИ ЭТОМ рабо­ чие ny~ Л1,, тока возбуждения также падают, а наnрЯЖение Ur генератора остается в заданных пре­ делах регулирования с прежней амплитудой ЛUr пуль­ саций (см. 7 .4 при п = Пmах = const). При уменьшении частоты ротора генератора (пJ.) или при увеличении нагрузки (/3i) среднее значение • САе.д)'еТ занетнть. что IJYl\ЬC<IЦИH 2ЛU, ЯSЛЯЮFСЯ t1ензбежным н ВреАНЬIМ побочным nроявАеНнем работы реrуАЯтора напряжеt1ня. В совраменных rенераторах они замыкаются на массу шунтнрую­ щнм l<OtlAet/CBTopoм С~ который )сrанавливается между ПNОСО­ вой меммой ret1eparopa н корпусом (oбы'ltlo Сш : 2,2 No<Ф). 65
rАаВа7 тока возбуждения и его пу11ЬСации будут расти. Но на­ пряжение генератора будет по-прежнему колебаться с амплитудой дUr вокруг неизмежой величины u. ер• Постоянство среднего значения напряжения u. генератора объясняется тем. что оно определяется не режимом работы генератора, а конструктивными параметрами электромагнитного реле: числом вит­ ков w. релейной обмотки S, ее сопротивлением R•• величиной воэщwного зазора а меж,ду якорем N и ярмом М, а также силой Fn возвратной пружины П, т.е . величина Uc:p есть функция четырех переменных: Uep=f(W5, R", а,Fn). Электромагнитное реле с помощью подгиба опо­ ры возвратной пружины П настраивается на величи­ ну Uep таким образом. чтобы на нижней частоте вра­ щения ротора (п = Пm;n - рис. 7 .3 и рис. 7 .4) контакт К начинал бы размыкаться . а ток возбуждения успе­ вал бы достигать своего максимального значения 18 = Ur/Rw. Тогда пульсации д18 и время t 3 замкнутого состояния - максимальны. Этим устанавливается нижний предел рабочего диапазона реrулятора (п = Пmin). На средних частотах вращения ротора время t 3 примерно равно времени t"' и пульсации тока воз­ буждения становятся почти в два раза меньше. На частоте вращения п, близкой к максимальной (п = Пm"" - рис. 7.3 и рис. 7.4), среднее значение тока 18 и его пульсации дl8 - минимальны. При п > Пmвх про­ исходит срыв автоколебаний реrулятора и напряже­ ние u. генератора начинает возрастать пропорцио­ нально оборотам ротора. Верхний предел рабочего диапазона реrулятора задается величиной дополни­ тельного сопротивления Rд (при определенной вели­ чине сопротивления Rw)· BllltlD.4111. Вышесказанное о дискретно-импульсном реrулировании можно обобщить слещющим обра­ зом: гюсле пуска две . с повышением его оборотов, наступает такой момент, когда напряжение генерато­ ра достигает верхнего предела реrулирования (Ur = Um...! · В этот момент (п = Пm1n) в реrуляторе на­ пряжения размыкается коммутирующий элемент КЭ и сопротивление в цепи возбуждения скачкообразно увеличивается. Это приводит к уменьшению тока воз­ буждения и, как следствие, к соответствующему па­ дению напряжения u. генератора. Падение напряже­ ния Ur ниже минимального предела реrулирования (Ur = Um1n) приводит к обратному замыканию коммутиру­ ющего элемента КЭ, и ток возбуждения начинает сно­ ва возрастать . С этого момента реrулятор напряже­ ния входит в режим автоколебаний и процесс комму­ тации тока в обмотке возбуждения генератора пери­ одически повторяется, даже при постоянной частоте вращения ротора генератора (п = coпst). При дальнейшем увеличении частоты враще­ ния п. пропорционально ей начинает уменьшаться время t.. замкнутого состояния коммутирующего эле­ мента КЭ, что приводит к плавному уменьшению (в 66 соответствии с ростом частоты п) среднего значения тока возбуждения (красные линии б на рис. 7 .3 и рис. 7 .4) и амплитуды дl8 его nу11ЬСации. Благодаря этому напряжение u. генератора начинает тоже пульсировать, но с постоянной амплитудой дu. около своего среднего значения (U. = Uep) с достаточно вы­ сокой частотой колебаний. Те же процессы коммутации тока 18 и пульсации напряжения u. будут иметь место и при изменении тока нагрузки генератора (см. формулу 7 .3). В обоих случаях среднее значение напряжения u. генератора остается неизменным во всем диапазо­ не работы реrулятора напряжения по частоте п (U. ер =coпst, от Пmin до Пmа.) и при изменении тока нагруз­ кигенератораотr. =Одоr.=max. В сказанном заключается основной принцип регу­ лирования напряжения генератора с помощью преры­ вистого изменения тока в его обмотке возбуждения. 7.2. Электронные реrуnяторы напряжения Рассмотренный выше вибрационный реrулятор напряжения (ВРН) с электромагнитным реле (ЭМ-ре­ ле) имеет ряд существенных недостатков: 1) как механический вибратор, ВРН ненадежен; 2) контакт К в ЭМ-реле подгорает. что делает ре­ rулятор недолговечным; 3) параметры ВРН зависят от температуры (сред­ нее значение Uep рабочего напряжения u. генерато­ ра плавает); 4) ВРН не может работать в режиме полного обесточивания обмотки возбуждения. что делает его низкочувствительным к изменению выходного напря­ жения генератора (высокие пульсации напряжения U.) и ограничивает верхний предел работы реrулято­ ра напряжения; 5) электромеханический контакт К электромагнит­ ного реле ограничивает величину максимального то­ ка возбуждения до значений 2 .•• 3 А, что не позволя­ ет применять вибрационные реrуляторы на совре­ менных мощных генераторах переменного тока. о С появлением полупроводниковых приборов контакт К ЭМ-реле стало возможным заменить эмит­ терно-комекторным переходом мощного транзисто­ ра с его управлением по базе тем же контактом К ЭМ-реле. Так появились первые контактно-транзисторные реrуляторы напряжения (2). В дальнейшем функции электромагнитного реле (СУ. КЭ, УЭ) были полностью реализованы с помощью низкоуровневых (малоточ­ ных) электронных схем на полупроводниковых прибо­ рах . Это позволило изготавливать чисто электронные (полупроводниковые) реrуляторы напряжения (3). Особенностью работы электронного реrулятора (ЭРН) является то, что в нем отсутствует дополнитель-
РеrуАЯТоры напряжения автомобильных rенераторов i~ i• ii ii +---iD1--ll --f - --4"-IDH i!i• i! L---. -+---c::J--.. . .. ---C2~-+·! . ! 1 !__ ! 1 ! ··-·-·-·-·- ~! le! 1 ! ! 1 ! ·-·-·-·-·-·- ·-·- ·- ·-·- .. Рис. 7.5 . Пp1D111мnмaAWta• схема реrуА•тора маnр•111•м.• Я.112А: R1 . " R6 - ТО11СrоnАено'4ные реэмсrоры; С1, С2 - навесные Ю1м11аnор1Ые комденсаrоры; V1 ". V6 - бес11орnусные n0Ау­ nроеодни11овые диоды и Уранэисrоры . 1-1>1й резистор Rд. т.е. в цепи возбуждения реализует­ ся практически по11ное выК11Ючение тока в обмотке возбуждения генератора, так как коммутирующий З11емент (транзистор) в закрытом (разомкнутом) со­ стоянии имеет достаточно бо11Ьшое сопротиВ11ение. При этом становится возможным уnраВ11ение бо11ее эначите11ьным током возбуждения и с бо11ее высокой скоростью коммутации. При таком дискретно-им­ nу/\ЬСНОМ уnраВ11ении ток возбуждения имеет им­ nу11ЬСНЫй характер, что поэво11Яет уnраВ/\ЯТЬ как час­ тотой имnу/\ЬСОВ тока, так и их Д/\ИТе/\ЬНОСТЬЮ. Одна­ ко основная функция ЭРН (поддерЖание постоянст­ ва напряжения U, при п = Vаг и при f3 = Vаг) остает­ ся такой же, как и в ВРН. • С освоением микроЭ11ектронной техно/\ОГИИ ре­ lу11ЯЮры напряжения сначала выпускались в гибрид­ ном исnо11Нении, при котором бескорпусные по11уnро­ водниковые приборы и навесные миниатюрные ра­ диоЗ/\ементы ВКllЮЧа/\ИСЬ в э11ектронную схему pery- llЯТopa вместе с то11СТоп11еночными микроЭ11ектрон­ МЬIМИ резистивными Эllементами. Это позво11И11О зна­ чмтельно уменьшить массу и габариты регу11ЯТора на­ пряжения. Примером такого Э11ектронного регу11ЯТора напря­ жения может с11ужить гибридно-интегральный регуllЯ­ .ТС1р Я-112А, который устанаВ11ивается на современ­ +~Ьlх отечественных генераторах. Реrу11Ятор Я-112А (см. схему на рис. 7.5) ЯВ/\Яется типичным представите11ем схемотехнического реше­ ния задачи дискретн(Н>!мпу11ьсного регу11ирования на­ пряжения U, генератора по току 18 возбуждения. Но в конструктивном и техно11оrическом испо11Нении вы­ пускаемые в настоящее время Э11ектронные регуllЯ­ торы напряжения имеют значитеllЬные ра311Ичия. Что касается испо11нения регулятора Я-112А, все его nо11уnроводниковые диоды и триоды бескорпус­ ные и смонтированы по гибридной технО11огии на об­ щей керамической поД11ожке совместно с пассивны­ ми то11етоn11еночными Э11ементами. Весь бюк peryllЯ­ тopa герметичен. Реrу11Ятор Я-112А, как и описанный выше вибра­ ционный регу11Ятор напряжения, работает в преры­ вистом (К11Ючевом) режиме, когда уnрав11ение током возбуждения не аналоговое, а дискретно-имnу11ьс­ ное. Принцип работы регу/\ЯТора Я-112А эаК/\ючает­ ся в С/\едУЮЩем. Пока напряжение U, генератора не превышает наперед заданного значения, выходной каскад V4-V5 находится в постоянно открытом состоянии и ток 18 обмотки возбуждения напрямую зависит от напря­ жения U, генератора (участок 0-n на рис. 7 .З и рис. 7 .4). По мере уве11Ичения оборотов генератора И11И уменьшения его нагрузки U, становится выше порога срабатывания чувствите11ЬНой входной схемы (V1, R1 -R2), стабИllитрон пробивается, и через усИ11И­ те11ьный Транзистор V2 выходной каскад V4-V5 за­ крывается. При этом ток 18 в катушке возбуждения выК11ючается до тех пор, пока U, снова станет мень­ ше заданного значения Umin· Таким образом, при ра­ боте регу11Ятора ток возбуждения протекает по об­ мотке возбуждения прерывисто, изменяясь от 18 = О до 18 = lma.· При отсечке тока возбуждения напряже­ ние генератора сразу не падает, так как имеет мес­ то инерционность размагничивания ротора. Оно мо­ жет даже неско11Ько уве11Ичиться при мгновенном уменьшении тока нагрузки генератора. Инерцион­ ность магнитных процессов в роторе и ЭДС самоин­ дУКЦИИ в обмотке возбуждения исК11ючают скачкооб­ разное изменение напряжение генератора как при ВК11ючении тока возбуждения, так и при его выК/\lо­ чении. Таким образом, ПИ/\ообразная nу11ЬСация на­ пряжения U, генератора остается и при Э11ектронном регу11ировании. Логика построения принципиаАЬной схемы элек­ тронного peryllЯТopa С11едУЮЩая: V1 - стабИ11итрон с де11ИТе11ем R1, R2 образуют входную цепь отсечки то­ ка 18 при U, > 14,5 В; транзистор V2 уnрав/\Яет выход­ ным каскадом; VЗ - запирающий диод на входе вы­ ходного каскада; V4, V5 - мощные транзисторы вы­ ходного каскада (составной транзистор), ВК/\ЮЧенные последовате11ьно с обмоткой возбуждения (коммути­ рующий з11емент КЭ А11Я тока 1,,); V6 - шунтирующий диод А11Я ограничения ЭДС сам0Инду1ЩИИ обмотки 67
rмва 7 Таблица 7.1 Перечень автомобильных электрогенераторов переменного тока зарубежных фирм (то11Ько для легковых автомобилей с номина/\Ьным напряжением в бортсети 12...14 В), которые оборудованы интегРа11Ьными регуляторами напряжения --- ~ ВОSСН (АНU): К114V20/45д; Kl1IOOJ45A; KI IUЩ55k. К114V23}65A; К11~ К11~11~~11~ N114V34JX1A;-N114V40iJ i§Д­ N! 14V25/140A; OCШ'El/f/Jk. CGIМlJW;. CG14VЗOJ6QA; l<C14V~ l<Cl4V40jl!QA; l<C14й45JS-A; l<C1~ NCl~/100; NС14Вб0/120А; NCIМC/140A 2 kО!Щ8РН VAl.fO- ~): At3Ntzvso.I; A13N14'/50A; А13N1.4УБОо\; А1ЗN14'.'7М; A1ЗN1Щ°A1CN14V75A; A14N14\IO\; A14N14'v 'OO\; A14Nl4V1115A; А1 IV121-14V35/7()- A11Vl22· 14VЗ0160; A13'1140-14V40f,IO З 1Форма WCAS ~1: A1'Zl-14V45д; A1'Zl-14\55A; A1'Zl-141'65д; А127-14'.'7М; A1'Zl-14V72A 4 ~ ~ЕТl-МАЯЕШ ~: AA125R14V45д; AA125R14\55A; AA125R14'155A S Фмра.1 DШO-IEМI и МOTORCRAFТ (ClllAj: 105/100-14VЩ63д; 12Sl100-14v.I0/66N711'/94д; 1551100-14'1Э5/71>1; 1551100-14V40/85; 17Sl100/14V45/108A; 27S1100/14\Щ/ВОА; 27Sl100-14VЗ0/100A б Фмпмаn фмрuw DEl.CO-REМI (Фромцjоо): CS121-14'12Q/61A; CS121-14V4Э,t74A; CS130-14V2!ij85A; CSIЗ0-14\'j()/100A; CS130-14VБ2/ID(IA; CS144-14V48/108A; СS144- 14'1БЭ/120А; CS144-14V83/140A 68 Р11с. 7.6 . Констру11ц11• 11нтеrрадь11оrо реrудатора ф11рмw BOSCH возбуждения; R4, С1, RЗ - цепочка обратной связи, ус­ коряющая процесс отсечки тока 18 воз­ буждения. Еще более со­ вершенным регуля­ тором напряжения является электрон­ ный регулятор в ин­ тегральном испол­ нении. Это такое исполнение, при котором все его компоненты, кроме мощного выходного каскада (обычно это составной транзистор), реализованы с помощью тонкопленочной микроэлектронной техно­ логии. Эти регуляторы настО11Ько миниатюрны. что практически не занимают никакого объема и могут устанавливаться непосредственно на корпусе гене­ ратора в щеткодерЖателе. Примером конструктивного исполнения ИРН мо­ жет служить регулятор фирмы BOSCH-EL14V4C. ко­ торый устанавливается на генераторах переменного тока мощностью до 1 кВт (рис. 7 .6). В заключение следует отметить, что интеrра/\Ьные регуляторы напряжения. в принципе. ремонту не подлежат. Кроме некоторых отдельных случаев, ко­ торые подробно описаны ранее в главе 6.
=Глава восьмая================ ЭЛЕКТРОСТАРТЕР СОВРЕМЕННОГО ЛЕГКОВОГО АВТОМОБИЛЯ В автомобильном электростартере нового поколения элекrроАвнrатель не имеет статорных об­ ноюк воз6уЖАения, которые заменены на постоянные магниты, а механический прнвоА Аоо6о­ ру.дован понижающим планетарным реАУктором, который установлен непосредственно в корпу­ се стартера. Это позвоNМо САвАаТЬ стартер высокоо6оротнстым, легким, малых размеров ибо­ лее эффективным в работе. 8.1 . СтартерныА апектродвмrатепь Классический* электростартер - это устройство. состоящее из электродвигателя (ЭДВ) постоянного то­ ка с последовательной обмотиой возбуждения, кото­ рый на время пуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС) подключается к аккумуляторной батарее (АКБ) с nомощью пускового тягового реле (ПТР) . Это же ре­ м посредством рычаrа с вилкой перемещает no оси сrартера муфJУ свободного хода (МеХ) и тем самым механически со~ет шестерню на валу стартерно­ го ЗllеКТродвиrателя непосредственно с венечной ше­ стерней маховика две (см. далее рис. 8 .8). Конст~кция стартера, при которой вал электро­ д11Иrателя соединяется прямо с маховиком две, име­ ет ряд недостатиов. Так, передаточное число главно­ го редуктора, состоящего из венечной Шестерни ма­ ховика и шестерни мех. не может быть достаточно высоким . Ограничения накладываются расчетным размером диаметра маховика, а также числом, раз­ мером и прочностью зубцое шестерни мех. В такой редукторной паре соотношение зубцое не может быть более 16-18. Это приводит к необходимости использовать в стартере такой электродвигатель, у которого оборо­ ты якоря •МЯГКО• сочетаются с механической нагруз­ кой на валу. К таким относятся электродвигатели с последовательной обмоткой возбуждения, обладаю­ щие мягкой механической характеристикой (рис. 8.1, а). Именно такие ЭДВ широко применяют­ ся в классических электростартерах. ~~вным недостатком ЭДВ с nоследоеатель­ lt>IМ возбуждением является то, что в нем ток воэбуж­ деwя, равный току якоря, делает обмотку возбужде­ tиl гроМоэдкой, сильно нагревающейся. а магнитную систему статора недостаточно эффективной и с низ­ ким КПД. да>t<е nри зада1+1ом оrраниченК1 на время работы стартер получается тяжелым и больших разме­ ров. Кроме того, ЭДВ с последовательным возбуждени­ ем в режиме холостого хода может пойти •вразнос" . • См. сноску на crp. б rмвы 1. От указанных недостатиов свободны ЗАВ с неза­ висимым (от тока якоря) возбуждением . Независимое возбуждение магнитного поля на статоре ЭДВ можно получить тремя способами : - обмотиой возбуждения, которая подключена к отдельному от якоря источнику электрической энер­ гии (управляемое независимое возбуждение - рис. 8.1 , б); - обмоткой возбуждения, подключенной парал­ лельно якорю ЭДВ (параллельное возбуждение - рис. 8.1 , в); - постоянными магнитами на статоре (возбуж­ дение от постоянных магнитов относится к неуправ­ ляемому независимому возбуждению - рис . 8 .1 , д). Электродвигатель с питанием обмотки возбуждения от независимого источника (рис. 8.1 , б) в автомобиль­ ной системе электростартерного пуска не используется, так как на борJУ автомобиля один пусковой источник электрической энерrии - аккумуляторная батарея. Электродвигатели с чисто параллельным возбуж­ дением (рИС. 8.1 , в) в автомобильных электростарте­ рах неэффективны, так как напрЯжение АКБ при пу­ ске две в зимнее время (при темnераJУре ниже -20°е) резко падает f!JJ 8-9 В. При этом намагничи­ вающая сила параллельной обмотки возбуждения, а следовательно, и крутящий момент стартера значи­ тельно ослабевают, пуск две становится невозмож­ ным. Кроме того, характеристика ЭДВ с параллель­ ным возбуждением жесткая, что недопустимо при низком передаточном соотношении между оборота­ ми стартерного ЭДВ и оборотами коленвала две, так как это может привести к ударным перегрузкам и nо­ ломквм в зубuах механического привода. Однако жесткость характеристики ЭДВ обеспечи­ вает плавность хода стартера, а также ограничен­ ность оборотов холостого хода, и поэтому парамель­ ное возбуждение иногда вводится в ЭДВ классичес­ кого электростартера дополнительно к последователь­ ному (рис. 8.1 , г). Такое возбуждение обеспечивает ЭДВ усредненную (уМеренно жесткую) механическую характеристику и называется смешанным. Использу­ ется, например, в стартерах для автомобилей ВАЗ. 69
rАаВа8 Исключительно удачным техническим решени­ ем для автомобильного электростартера является наличие в его конструкции электродвигателя с не­ зависимым возбуждением от постоянных мвгни­ тов (рис. 8.1, д) и дополнительного понижающего планетарного редуктора, уста1-1овленного непо­ средственно внутри корпуса стартера между ва­ лом электродвигвтеля и осью, по которой переме­ щается муфта свободного хода (о планетарных ре­ щкторах см. ниже). Такие стартеры имеют следующие преимущества. Во-первых. главное магнитное поле электродвига­ теля с постоянными магнитами на статоре не зави­ сит ни от тока якоря, ни от падения напряжения АКб при пуске две . 70 - . ~- Рмс. 8.1. Р•:анов11Д11Ости aAeктpoAJIW•T•A•il, р83АИ'181О111118СR no способу во:абужде1111R, и их мех•ММ'i8ские х•р•ктеристмкм w Во-вторых. система постоянных магнитов нв ста­ торе электродвигателя делвется многополюсной (не менее шести полюсов), что позволяет заметно уменьшить габариты магнитной системы (постоян­ ные магниты значительно меньше электромагнитов), а следовательно, и всего стартера в целом. КПД и обороты стартерного электродвигателя с мноrопо­ люсным статором также выше. В-третьих, сами постоянные магниты выполняют­ ся не из сплавов дорогостоящих металлов, а из спе­ квемых ферритовых порошков с большой коэрцитив­ ной силой, что деr.ает магниты легкими, прочными, технолоrичtiЫми и, как следствие, дешевыми. В-четвертых, наличие дополнительного понижаю­ щего редуКТора в электростартерной системе пуска позволяет оптимально согласовать жесткую механи­ ческую характеристику электродвигателя независи­ мого возбуждения с минимальной пусковой частотой вращения коленвала две при максимальной мехвни­ ческой нагрузке стартера. И наконец, в-пятых, стартерный ЭДВ с независи­ мым возбуждением от постоянных магнитов и с до­ полнительным редУ!mJроМ может работать в режиме повышенных оборотов при пуске холодного двигате­ ля, потребляя при этом от АК6 меньший ток по срав­ нению с классическим стартером. кпд стартерного режима АК6 и надежность пуска две увеличиваются. Как и любая новая техника, электростартеры с пла­ нетарным рещктором и с возбуждением от постоян­ ных магнитов на начальном этапе внедрения обладали некоторыми недостаТ1<Зми: они были значительно до­ роже классических за счет высокой стоимости посто­ янных магнитов и планетарного редУКfОра; в них быст­ рее изнашивались щеn<и из-за более высоких оборо­ тов; их работа сопровождалась повышенньr.1 шумом. Современная технология изготовления старте­ ров нового поколения исключает эти недостатки. так, постоянные магниты, как уже отмечалось, ста­ ли ферритовыми. Главная шестерня планетарного рещктора изготавливается литьем под давлением из термореактивной пластмассы. Пластмассу арми­ руют бронзой, что делает планетарную шестерню прочной, износостойкой, технологичной и дешевой. Остальные детали дополнительного редуктора обыч­ ного исполнения. Планетарный редуктор с пласт­ массовой шестерней не шумит. Быстрый износ кол­ лекторных щеток устранен применением в них бо­ лее жесткого графита и удалением из него порош­ ковой меди. Последнее стало возможным за счет понижения величины якорного тока. Уменьшена си­ ла прижатия щетОt< к комектору. Однако следует заметить, что стоимость стартера новоrо поколения ПОt<а еще несколько выше стоимо­ сти классического. Но если 15 rет назад разница в цене была около 150%, то в последнее время она не превышает 50%.
Змкrроствртер современноrо Аеrковоrо автомо&tАА 8.2. Устройство стартера На рис. 8.2 , а приведена конструкция стартера с по­ стоянными магниrами на статоре ЭДВ и с дополните111т ным планетарным редУКfором. Аналогичную конструк­ uию имеет стартер фирмы ВОSСН типа DW:12/1.1 се­ рии 0.001.108.009 (рис. 8.2 , б), на примере котороrо 27 212524 23 222120 1е 1в о- о-- о­ о~...::. ~~ Рис. 8.2 . Стартер с во:s6уждеиием от nостояиных маrиитов и с маиетврным редуктором: а - внешний вид стартера BOSCH-DW :12/1.1 (статор снят); 6 - конструкция стартера; 1- задняя (ТЫllьная) кры.uка; 2 - ламельный комектор; 3 - токовый nровод; 4, 26 - по­ стоянные ферритовые магниты; 5 - токовый контактор тяго­ вого ~е; 6 - пусковое тяговое реле (ПТР); 7 - в~wочатель ПТР; 8 - соленоид ПТР; 9 - возвратная nружина; 10 - т катель включателя; 11- тяговый керн ПТР; 12 - резиновая заглушка; 13 - втулка с осью для вилки МСХ; 14 - вилка муфты МСХ; 15 - nередняя (лобная) крышка - станина стартера; 16 - шток nоводковой муфТЪI; 17 - вторичный (выходной) вал; 18 - шестерня МСХ; 19 - муфта свободно­ rо хода (МСХ); 20 - большая неnодвижная шестерня nлане­ ·тарноrо редуктора; 21 - водило на торце вторичного вала; 22 - сатемитная шестерня; 23 - nервичный вал (вал ЭДВ) ~ ведущей шестерней nланетарного редуктора; 24 - якорь ЗАВ; 25 - ярмо (маrнитопроводяwее кольцо) статора; 26 - rюстоянный магнит; 27 - wетка КЩМ. рассмотрим особенности устройства злектростартеров современных леrковых автомобилей. Любой автомобильный злектростартер, как клас­ сический, так и современный. состоит из пяти основ­ ных функциональных узлов: якоря 24 - зто вращаю­ щая часть ЭДВ стартера; статора 4. 25 , 26 - непо­ движная часть ЭДВ; комекторно-щеточного меха­ низма (КЩМ) 2, 27; пускового тягового злектрореле (ПТР), 5 ...11 и передаточного механизма внутри стартера 14••• 22. с помощью двух стартерных кры­ шек 1 и 15 и статорного ярма 26, являющегося так­ же корпусом стартера. функциональные узлы сочле­ няются в единую конструкцию пускового устройства - злектростартер, который по отношению к две яв­ ляется навесным агрегатом. Назначение всех nеречис11енных функциональных узлов в классическом стартере общеизвестно и не требует пояснений. Современный злектростартер по сравнению с классическим имеет два основных конст­ руктивных отличия: статор не имеет обмоток возбуж­ дения, так как оснащен постоянными магнитами 4, 25. а передаточный механизм, находящийся внутри стартера, дополнен планетарным рещктором 20••• 22. Рассмотрим детально указанные отличия. 8.3. Статор Замена статорных обмоток возбуждения постоян­ ными магнитами, помимо изменений электромагнит­ ных параметров ЭДВ, повлекла за собой принципи­ альные конструктивные изменения в устройстве ста­ тора и роторного узла. На рис. 8 .3 приведено схематическое изображе­ ние электрических и магнитных цепей статора с по­ стоянными магнитами . На рисунке обозначено: NS - северный (синий) и южный (красный) полюсы постоянных магнитов ста- N2 Рнс. 8.3 . Схемв эАектрическнх н мвrннтных 11eneil ствртерв BOSCH·DW:12/1.1 71
rl\88a а тора; а, Ь, с, d - щетки КЩМ (желтый цвет), соеди­ ненные попарно (сн-d- проводом Б+, Ь+с- прово­ дом Б-); В - сИ11Овые 1\ИНИИ (зеленый цвет) главного магнитного ПОl\Я ЭДВ; (1-6), (14--19), (15-20), (28-5) - номера токопроводных стержней якорной обмотки (оранжевый цвет), подключенные к щеткам и находящиеся в магнитном пО11е; w - вал якоря. Массивная llИТаЯ станина ярМа статора заменена легким статорным ЦИ11Индром К. который свернут из м­ стового железа (1,6 мм). Соединительный шов на по­ верхности ЦИ11Индра •зашит• фиrурными замками, ко­ торь1е для надежности проварены точечной электро­ сваркой. Заще11Ки фиrурных замков и все прочие кре­ пежные элементы вырубаются И11И продавливаются штамповкой еще до свертки листа в цилиндр. ОтдеМ:r ным штампом на обечайку наносится маркироВКа. После свертки и сварки во внутрь магнитного яр­ ма статора устанав11Иваются постоянные магниты. Постоянные магниты из ферритов твердые, но хруп­ кие. Их креПllение к ярМу не может быть механичес· ки жестким (под болт), так как , находясь под затяж­ кой, ферриты даже при незначите11Ьных ударах могут растрескаться . Проблема крепления и фиксации ферритовых магнитов решена с помощью шести пружинных фик­ саторов Ф , вдвинутых между магнитами. Каждый фиксатор - зто продо11Ьная упругая СТ81\Ьная пласти­ на с П-образным профИ11ем и с упорами с одной сто­ роны. В собранном виде ферритовые магниты рас­ перты упругими усИ11Иями этих фиксаторов, за счет чего надежно прижаты к внутренней поверхности статорного ЦИ11Индра. Точная установка и фиксация собранной магнитной системы ·по Mecl)'" обеспечи­ вается защелками фиксаторов, которые представля­ ют собой окна в упругих пластинах , надвинутые при сборке на зубцовые вырубы в статорном цилиндре. Ферритовые магниты установлены на статорном ярМе с чередованием ПОl\Ярности, что образует шес­ типолюсный (N-S -N-s-N-S) статор современного стар­ терного злектродвигатеllЯ (см. рис. 8.3). Указанные конструктивные отличия обеспечивают статору малые габариrы и вес, компактность, просто­ ту в сборке и высокую эксплуатационную надежность . 8.4.Якорь Якорь электродвигате11Я стартера BOSCH-DW: 12/1.1 яв11Яется составной частью роторного узла (рис. 8.4). Якорь состоит из магнитопровода 4, рабо­ чей якорной обмотки 3. ламе11Ьного комектора 2 и вала вращения 1. Магнитопровод собран из 64 магнитомягких плас­ тин толщиной 0,46 мм, изолированных друг от друга лаком, спрессованных и склеенных в едИное uе11Ьное те11О. В магнитопровод запрессован вал 1 вращения, 72 12 4567в9 101112IЗ1415 Рис. 8.4 . Роториыil )'38А стартера BOSCH-DW:12/1.1: 1 - первичный ВаА (ВаА ЗАВ); 2 - 11аме11ьный комектор; 3 - якорная обмотка; 4 - магнитопровод якоря; 5 - про­ до11ьная баАансировочная выборка; 6 - паз якорного маг­ нитопровода; 7 - фиксатор планетарной шестерни; 8 - ведущая шестерня манетарного редуктора (на валу ЭДВ); 9 - неподвижная манетарная шестерня; 10 - поводко­ вая муфта; 11 - муфта свободного хода (МСХ); 12 - шес­ терня МСХ; 13 - проточка под запорное пружинное коль­ цо ; 14 - крышка запорного пружинного ко11ьца; 15 - за­ порное пружинное ко11ьцо ; 16 - вторичный (выходной) ВаА стартера. на одном конце которого нарезано 11 зубцов вещ· щей шестерни 8 , а на другом установлен 28-ламеl\Ь­ ный коллектор 2 . Магнитопровод якоря имеет 28 па­ зов 6 , распо11ОЖенных точно напротив ламелей . В каждЬ1й паз магнитопровода вложено по два то­ копроводящих стержня рабочей обмотки , которые та­ ким образом образуют двухстержневую (парную) по­ лурамку. Каждый стержень - зто по11Овина U-образ­ ного витка, изогнутого по шаб11Ону и вложенного в па­ зы якорного магнитопровода с 11Обной стороны в сто­ рону комектора. На ламелях концы U-образных вит­ ков попарно свариваются контактной электросвар­ кой, при этом на якоре образуется 28 якорных рамок , соединенных последовате11Ьно и замкнутых в ко11Ьцо . U-образные витки уложены в пазы за пять обхо­ дов по окружности якорЯ. На рис . 8.5 схематически показана последовательность подсоединения U-об­ разных витков к комекторным ламелям при первом (сnлошные 1\ИНИИ) и втором (штриховые) обходах ок­ ружности якоря. Из рисунка очевиден порЯдок сбор­ ки якорной обмотки: первая во11На - задействова­ ны ламеl\И 1-6-11-16-21-26 -3; вторая во11На - ламе- 1\И 3-8-13-18-23-28-5; rретья во11На - ламеl\И 5-10-15- 20-25-2-7: четвертая волна - ламели 7-12-17-22 -27- 4-9; пятая во11На - задействованы ламе11И 9-14-19- 24-1 . Ясно. что начало первого витка и конец послед­ него 28-го короткозамкнуты на одну (ус11Овно пер­ вую) ламе11Ь комектора, так как они у11Ожены в один (условно первый) паз якорного магнитопровода. Таким образом из 28 U-образных токопроводя­ щих круговых рамок складывается последовате11Ьная ВО11Новая коротко замкнутая пятиобходная якорная обмотка на якоре барабанного типа.
Электростартер современноrо леrковоrо автомобМАЯ 1-t"! обход: 1~11-16-21-26-3(ВЫ1QАЫна1 м З) 2-й обход: З-г-13-111-23-28-5 (Выводы на 3 м 5) 5-t"! обход: 9-14-19-24-1(Во.81сщына9 м 1) Рис. 8.5. Посмдоват1111•носr• nодсоедмнення ВНJков ккopt!Oll обмсrrки к uм1111км kОМ11Ктора (стартер ВOSCH-DW:12/L1): 1...28 - номера 11аме11ей (комектор развернут); же11тый цвет - щеnи КЩМ в nоАожении якоря на рис. 8.3; 11рас­ ный и синий цвет - зоны действия южного и северного ncr Аюсов статорных магнитов; • •• - стержни якорных витков . След'jет заметить. что в данном случае чис/\О Я<ОрНых рамок. равное 28. не кратно числу статор­ ных пОl\IОСов. которых шесть. Здесь важно другое: при lllOбoй конструкции барабанного якоря ширина каждой его токопроводящей рамки должна быть рав­ на ширине по11ЮСНого деления на статоре (по11ЮСное деление п -расстояние между центрами соседних разноименных магнитных полюсов, см. рис. 8.3). Этим обеспечивается наибольшее потокосцепление между магнитным полем статора и витками якорной обмотки. чем в свою очередь достигается макси­ мальн,~й КПД электродвигателя. В конструкuии стартера ВOSCН-DW:12/1 . 1 сказа~+ ное достигается охватом ОДНОЙ токопроводящеЙ рам­ кой сразу четырех якорных полюсов. Так как четыре якорных ПOllIOCa по ширине совпадают с шириной од­ ного полюса на статоре, то потокосцепление полное. Еще одной особенностью конструкции якоря явля­ ется то, что четыре несимметрично распО11Оженных щеrки КЩМ делят обмотку якоря на четыре ветви. не равных по числу витков. При этом электрическая схема включения ветвей получается такой. как пока­ зано на рис. 8.3 . Из рисунка видно, что рабочий ток якоря протека­ етповетвямаЬисd, вкаждойизкоторыхпоче­ тыре витка. Таким образом, во время работы ЭДВ под рабочим током якоря находятся только 8 стерж­ ней из 56 или 4 рамки из 28- Остальные рамки в формировании крутящеrо момента ЭДВ участия не принимают до тех пор, пока при повороте якоря их ПО11ОЖение не станет рабочим. Д11я каждого рабочего положения рамок создает­ ся момент вращения ЭДВ стартера: Мет= 8FR, где В - чис11О стерЖНей, включенных в рабоl)'; F - сила электромагнитного взаимодействия электрического тока якоря и магнитного поля статора; R - средний радиус якорной рамки. Во время работы ЭДВ происходит переключение витков якорной обмотки с помощью кщм. Щетки относительно магнитной системы статора и внешней электрической цепи всегда неnодвижны. Это обеспечивает постоянство крутящего момента ЭДВ как по направлению, так и по величине. Маt<еи­ мальный крутящий момент ЗАВ в заторможенном стартере ВOSCН-DW:12/1.1 около 15 Нм . Еще одной интересной особенностью описывае­ мого стартерного ЭДВ является наличие на его ста­ торе •неработающих• постоянных магнитов. Дейст­ вительно, как слеД'jет из положения якоря, показа~+ ного на рис. 8.3 под полюсами N1 и 53, витки якор­ ной обмотки в секциях (28."20) и (14".6) коротко замкнуты соединительными проводами Б+ и Б- меж­ ду щетками а d и с Ь. Ясно, что закороченные секции якорной обмотки нерабочие. Казалось бы. можно до­ пустить, что и полюса N1 и 53 нерабочие. Однако магнитная система статора рассчитана и сконструи­ рована таким образом, что эти полюса выполняют три рабочие функuии: обеспечивают равномерное распределение главного магнитного поля по всему круговому периметру воздушного зазора между ста­ торными магнитами и магнитопроводом якоря; опти­ мизируют положение физической нейтрали магнит­ ного поля якоря относительно щеток кщм и. таким образом, являются компенсационными (дополнитель­ ными) по11ЮСами; уменьшают противозлектродвижу­ щую силу на щетках, улучшая коммутаuию. В этой связи сами щетки несколько развернуты (на угол 12°) относительно геометрической нейтрали статор­ ных полюсов в сторону против вращения якоря. И последнее . Якорь современного злектростарте­ ра обязательно точно балансируется. Эта технологи­ ческая операция стала необходимой, так как элект­ родвигатель стартеров нового поколения высокообо­ ротистый. Балансировку реализуют проточкой якоря после того, как он окончательно собран и залит эпоксидным компаундом. Точная доводка баланси­ ровки осуществляется с помощью продольных выбо­ рок на полюсах якорного магнитопровода (см. рис. 8.4). Выборки прорезаются алмазным кругом. 8.5. ПnанетарныА редуктор Уже отмечалось, что основной отличительной чер. той передаточного механизма стартеров нового по­ коления является наличие в нем понижающего пла­ нетарного редуктора (рис. 8.6). Планетарный - зто такой редуктор, у которого большая шестерня 1 имеет зубцы с внутренним за­ цеnлением и сочленена с малой ведущей шестер­ ней 4 наружного зацепления через несколько сател­ литных шестерен 5. При этом и ведущая, и ведомая шестерни соосны. а сателлиты находятся междУ ни­ ми и внутри большой (планетарной) шестерни. Оси сатемитных шестерен могут быть установлены как 73
Гмва8 Рис. 8.6. . J 4-;f----t-4 =-~--t-3 ler-+1f-Т---r- 5 ПА81етариыll редуктор: а - с неподвижной 1111анеrарной шестерней и с сатемитами на вращающемся води11е; б - с вращающейся 1111анетарной шестерней и с саrемитами на корп)'Се; 1- ПАанеrарная ше· сrерня; 2 - водиАо; З - ось якоря ЗАВ; 4 - шесrерня на ВВАУ ЗАВ; 5 - сатемиТt!ая шестерня: 6 - корпус редУктора; 7 - подшипник; 8 - муфта свободного хода . на корпусе первичного приводного устройства (рис. 8.6 , а), так и непосредственно на торцевом водиле вторичного (выходного) вала реА}'Ктора (рис. 8.6 , б). В первом случае большая планетарная шестерня вращается и сама является водилом выходного вала; во втором - она неподвижна, так как жестко за­ креnле~а в корпусе 6 редУКтора . Во втором случае сателлиты, установленные на водиле 2 и сочленен­ ные с шестерней 4 первичного вала, обегают внут­ ренние зубья неподвижной планетарной шестерни 1 и тем самым приводят водило 2 во вращение. В автомобильных злектростартерах более шира. кое распространение получил планетарный реА}'Ктор второго типа. На рис. 8.7 показан внешний вид передаточного механизма стартера BOSCH-DW:12/1.1 , в состав ко­ торого входит планетарный редУКтор. д1.я удобства восприятия передаточный механизм, показанный на фото , частично разобран : планетарная шестерня снята с сатемитов 2, а муфта свободного хода 8 - сдвинута с направляющих пазов 6 выходного вала 10 стартера. Каt< и любой другой, планетарный редуктор состо­ ит из двух. основных шестерен (рис. 8.4): ведУЩей 11-зубцовой шестерни 8 на валу 1 эдв и большой планетарной шестерни 9, изготовленной из пласт­ массы . Последняя, имеющая 37 зубцов внутреннего зацепления, неподвижно установлена в корпусе стартера с помощью фиксирующих шпилек 7 . Внут­ ренние детали планетарного редУКJора показаны на рис. 8.7: водило 3 установлено на торце выходного вала 10, оно одновременно является установочной площадкой для осей 1 вращения трех сателлитов. Са­ темитные 13-зубцовые шестерни 2 (сателлиты) пл& 74 нетарного редуктора , их три, упираясь в неподвиж­ ную планетарную шестерню, передают вращение ва­ ла ЭДВ на водило. Оси 1 после установки на них са­ темитных шестерен 2 запрессованы в тело води­ ла З, поэтому сателлиты с осей - несъемные. При сборке, когда узел (7, 8, 9) муфты свободного хо­ да снят с вала 10, пластмассовая rwзнетарная шестер­ ня надвигается на посадочное место 4 выходного вала стартера (до упора в торец водила). В пластмассу плане­ тарной шестерни залита бронзовая Вl}'лка, которая мя вrоричного вала mляется опорным подшипником. Вrо­ рым опорным подшипником мя вала с водилом являет­ ся бронзовая Вl}'лка, запрессованная в лобную крышку стартера. Планетарная шестерня фиксируется на валу мя nредотеращения обратного npoдOJ\ЬtiOГo смещения с nомощыо плоской nружижой защелки, под которую 1lС>ДКА<\ДЬ18аеТСЯ дис1аtU10ЖСIЯ шайба. Планетарная шестерня накр,взет сатемиты , которые nри этом вхо­ дят в зацепление с ее внутренними зубцами. При окончательной сборке стартера шестерня ва­ ла ЭДВ вдвигается своими зубцами между тремя са­ теллитами, а подшипниковый торец вала ЭДВ входит в бронзовую втуNoJ, запресоованную в водило . Эта втул· ка является передним подшипником скольжения мя якоря ЭДВ. Задним подшипником служит бронзовая втулка, запрессованная в тыльную крышку стартера. Все три подшипника скольжения (медно-графито­ вые втулки) являются съемными и при ремонте стар­ тера могут быть заменены на новые. В некоторых автомобильных электростартерах встроенный понижающий редуктор может быть не планетарным, а простым рядным, имеющим обычное внешнее или внутреннее зацепление двух шестерен. Из отечественных автомобилей таким стартером впервые был оснащен правительственный автомо­ биль ЗИС-110. ' з4567 8 9 i.o Рис. 8.7. Приводиоll мехаииж стартера ВOSCH·DW: 12/1.1: 1 - ось саrемиrа; 2 - сатемит манеrарного ре­ дукrора: З - водиАо на торце вrоричного ваАа; 4 - поса­ дочное месrо дм~. манетарной шестерни (шесrерня сняrа); 5 - проточка под пружинную защеАку; 6 - наnравАЯющие спираАьные пазы дм~. мех; 7 - поводковая муфrа; 8 - муфrа свободного хода 1мех1: 9 - шесrерня мех: 10 - вторичный (выходной) ВВА стартера.
Эмктростартер современноrо мrковоrо автомобиля Одна~<о планетарный редуктор, который иногда называют редуктором Джемса, имеет преимущества перед всеми известными конструкциями: он малога­ баритен; компактен; обладает равномерн:.1м распре­ делением нагрузки по зубцам, а значит, более наде­ жен в работе: имеет одно направление вращения входного и выходного валов; обеспечивает повы­ шенное передаточное число п при относительно ма- 1\ЫХ размерах (п = 1 + W2'Wj_); планетарный редУК­ тор с пластмассовой шестерней не требует обильной смазки, что особенно важно при работе в привод­ ном механизме автомобильного электростартера. Благодаря применению стартера с планетарным редуктором передаточное число межщ оборотами 1\Q\еНвала две и якорем стартерного электродвига­ теля может быть увеличено до 80 (вместо 16 при классическом исполнении стартера). 8.6. ДИаrиостмка неисправностей Из общеизвестных неисправностей к стартеру с постоянными магнитами и планетарным редУКТором относятся: износ коллекторных ламелей и щеток, из­ нос бронзовых подшипников скольжения, выход из строя муфты свободного хода. окисление силовых nроводов стартера, эрозия токовых контактов пуско­ вого тягового реле и ослабление крепления стартера к двигателю. Проявление этих неисправностей та~<ое же. ка~< и на обычном стартере. специфическими неисправностями данного стар­ тера являются нарушение целостности nластмассо­ всй шестерни планетарного редУКfора и очень редко раскол ферритовых магнитов, расположенных внут­ ри статорного цилиндра. За исключением якоря, тягового реле и муфты свободного хода, все узлы электростартеров фирмы ВОSСН разборны. Это позволяет проводить качест­ венный ремонт электростартеров, если нет проблем с запчастями. Uелостность пластмассовой шестерни чаще всего нарушается зимой. С понижением температуры со­ противление прокручиванию вала две резко возрас­ тает. При этом возрастает нагрузка на зубцы nлане- 1арной шестерни, а также на всю шестерню в це­ юм. Как следствие, пластмассовое тело планетарной wестерни может быть расперто изнутри метамичес­ кими сателлитами, что приводит к появлению трещин в теле шестерни и к сколу зубьев. В таком состоянии стартер может продолжать ра­ ботать некоторое время за счет упругости пластмас­ сы или за счет попадания сателлитов на уцелевшие зубцы планетарной шестерни. При очередной попыт­ ке запустить две эта неисправность проявляется в виде прокручивания электродвигателя стартера "вхо­ лосrую", аналогично тому, как это бывает при выхо- де из строя муфты свободного хода. Включая и вы­ ключая электростартер ключом зажигания, можно случайно запустить две, но разрушение планетарной шестерни при этом только прогрессирует, и стартер окончательно выходит из строя. Итак, если стартер при запуске две начинает ра­ ботать с прокручиванием - зто достоверный при­ знак того, что либо мех, либо ее привод, либо плане­ тарная шестерня пришли в негодность. Признаком раскола и высыпания статорных ферритовых магни­ тов является прекращение вращения стартера или вращение рывками. Однако надо помнить, что якорь стартера не будет вращаться и при выходе из строя контактора в пусковом тяговом реле. Ясно, что для устранения перечисленных неис­ правностей стартер необходимо снять с автомобиля и разобрать. 8.7. Ремонт Рассмотрим особенности ремонта стартера BOSCH-DW:12/1.1, который устанавливался на авто­ мобилях АVДИ-100.5 (модели до 1991 г.). Перед снятием стартера надо повторно убедиться в том. что он надежно закреплен. Пос11е недавно проводившегося ремонта стартера бывает так, что исправный стартер прокручивается вхолостую, так как он не дотянут до посадочного места. В таком слу­ чае необходимо затянуть крепежные болты и вновь проверить стартер. Стартер крепится к две двумя болтами с головка­ ми под ключ 19. Верхний болт со стороны коробки переключения передач завернут в резьбу в крепеж­ ной проушине стартера, а нижний через нижнюю проушину без резьбы затягивается гайкой на 19 со стороны моторного отсека. • Перед снятием стартера с его токовой клеммы необходимо отсоединить силовые провода, привер. нутые к клемме гайкой на 13, а также отсоединить провода управления. Снятый стартер перед разбор­ кой необходимо промыть соляркой или керосином, просушить воЗдУХом или протереть ветошью. • Разбирать стартер с11едует в следУЮЩем поряд­ ке (см. рис. 8.2): - Снимите пусковое тяговое реле (ПТР) 6, для чего отверните три крепежных болта •Строгой• отверт­ кой (болты крепко посажены. и можно легко по­ вредить шлицы). Затем выньте тяговой керн 11 с возвратной пружиной 9 из соленоида 8, освобо­ див керн от зацепления с рычагом вилки 14. - отверните два длинных болта, стягивающих кор­ пус стартера, выньте их и расчлените стартер на две части: лобную (переднюю) с механизмом при­ вода и заднюю (тыльную) с якорем и КЩМ стар­ терного электродвигателя. 75
Гмва8 - С помощью затупленной отверП<И извлеките ре­ зиновую заглушку 12, которая удерживает в крышке пластмассовую втулку 13 с рычагом вил­ ки 14, строньте втулку с места и выньте переда­ точный механизм из лобной крышки 15 вместе с муфтой свободного хода 19 и с ее вилкой. - Снимите вилку 14 со штока 16 поводковой м)ф­ ты, для чего слегка разведите один конеu вилки (вилка изготовлена из эластичной пластмассы). - Разберите и снимите запорное устройство 14, 15 (см. рис. 8.4) с вала. Разобрать запорное устрой­ ство можно без спеuиального инструмента. д/1я этого прочную отвертку с тонким и узким (1,5 мм) жалом надо вставить в проточку 13 на валу в том месте, где запорная пружина 15 разомкнута. За­ тем, упершись жалом отвертки в проточку, сдВинь­ те крышку 14 с пружины до гюложения, при кото­ ром хотя бы один ее конеu выйдет ИЗ-flОд крышки. (Сразу всю крышку сдвинуть с пружины невозмож­ но.) Резко, но несильно ударьте молотком через металлическую прокладку (лучше через трубку, на­ детую на вал) по выступающему вверх торцу за­ щитной крышки, при этом она сойдет с запорной пружины. Снимите запорную пружину, а также крышку с вала и стащите с него муфту свободного хода. Снимите пластмассовую планетарную шес­ терню, для чего вытолкните из проточки 5 (см. рис. 8.7) плоскую фиrурную защелку. Планетарную шесtерню тщательно осмотрите и убедитесь в ее целостности и целостности ее зубцов . Если на ше­ стерне имеются даже незначительные трещины или зубцы частично истерты, шестерню необходи­ мо заменить. Теперь разберите электродвигатель стартера. - Снимите защитную планшайбу с приводной шес­ терни электродвигателя. - Вытолкните якорный узел из корпуса статора, на­ жимая большим пальuем одной руки на ось ЭДВ и удерЖИвая другой рукой корпус. При этом постоян­ ные магниты статора будут препятствовать вытал­ киванию, втягивая якорный узел обратно. Не допу­ скайте обратного удара якорем по магнитам стато­ ра. Может иметь место раскол ферритов. - внимательно осмотрите статорный цилиндр, внут­ ри которого с помощью распорных плоских и Д/\ИН­ ных пружинных защелок Ф (см. рис. 8.3) установ­ лены и жестко зафиксированы шесть постоянных магнитов. Вынимать ферритовые магниты из ста­ торного цилиндра без надобности не следует, так как их обратная установка - достаточно сложная процедура. Если при осмотре статора обнаружит­ ся, что один или два ферритовых магнита имеют трещины, но при этом жестко СИАЯТ на своих мес­ тах, заменять их не следует, так как магниты со­ храняют свою работоспособность и в таком состо­ янии. В этом случае ферритовые магниты следует 76 пропитать клеем БФ. Если ферриты расколоты на­ столько, что высыпаются из креплений, то все шесть ферритовых магнитов необходимо вынуть из статорного цилиндра , предварительно гюметив их расположение и гюлярность краской. Рассыпав­ шиеся ферриты необходимо заменить целыми, взятыми от другого такого же стартера. Если такой возможности нет, можно попытаться склеить рас­ колотый феррит эпоксидным Кl\Е!еМ. Обратная установка ферритовых магнитов в ста­ торный uилиндр требует особой осторожности. Нель­ зя допускать путаницы с полярностью и расположе­ нием магнитов. Если один или несколько магнитов заменены новыми, то их полярность при установке должна соответствовать полярности системы. Магни­ ты устанавливают в статорный цилиндр с чередова­ нием полюсов, при этом образуется круговой шести­ гюлюсный гюстоянный магнит N-5 -N -s -N -S. Некоторые фирмы, изготовляющие ферритовые магниты для электростартеров, помечают полярность краской или знаками(+),(-), обычно синий цвет и (+)-это север­ ный полюс. Если меток на ферритовом магните нет, то его полярность можно определить по притягива­ нию разноименных полюсов N-5 . • Установка ферритов - достаточно сложная процедура. В заводских условиях ферритовые магни­ ты предварительно подсобираются в спеuиальной разборной оправке, которая затем вместе с магни­ тами вставляется в статорный uилиндр. При ремонт­ ной сборке •Вручную. последовательность действий может быть следующей: междУ магнитами поочеред­ но вдвигаются распорные пружины. При этом каж­ дая пружина защелкивается на фиксирующем высту­ пе внутренней поверхности статорного uилиндра. Если среди шести устанавливаемых ферритов есть склеенные, их должно быть не более двух. Уста­ навливать склеенные магниты лучше в позиuиях до­ полнительных полюсов (N1 и 53 на рис. 8.3). Последний пружинный фиксатор С/!едует вставлять на место с особой осторожностью, т.к. при большом усилии его можно согнуть, а деформироеанный фик­ сатор к дальнейшему исгюльзованию не пригоден . После фиксации ПОС/!едней пружины качество сборки проверяется осмотром. • Теперь о ремонте якорного узла. Ремонтные оnераuии на якоре традиционные. Ес­ ли имеется заметный износ комекторных ламелей. то комектор необходимо проточить на токарном станке. Здесь надо иметь в виду, что толщина новой медной ламельной пластины 1,2 мм. Обтачивать кол­ лектор можно на глубину не более 0,3 мм . После про­ точки комектор необходимо отполировать тонкой шкуркой, промыть и тщательно продуть воздухом. При выработке подшипниковых торцов якорного вала их можно обработать на токарном станке, но не резцом, а вращающимся шлифОвальным камнем. В
Электростартер современноrо леrковоrо автомобМАЯ таком случае втулки подшипников скольжения необ­ ходимо изготовить из бронзы И/\И латуни под новые размеры торцов вала. Отверстия втулок после свер. 11ения необходимо пройти разверткой. Однако чаще достаточно заменить втулки без об­ работки вала. Втулки поставляются в продажу как запчасти. (:Jf3e подшипниковые втулки в крышках стартера легко выпрессовываются из своих посадоч­ ных мест оправкой . Втулка, запрессованная в торец водила, может быть расколота тонким зубильцем И/\И извлечена резьбовой вверткой. После установки но­ вых втумж необходимо убедиться. что они не прово­ рачиваются, в противном случае их необходимо по­ садИТЬ на эпоксидный клей. Подкернивать втулки не рекомендуется, т . к. медно-графитовый материал (из которого изготавливаются втулки) легко колется. Щетки кщм, как правило, требуют замены. Ще­ точный узел лучше приобрести новый, так как его ка­ чественный ремонт связан с необходимостью прове­ дения точечных электросварочных работ. Однако в крайнем случае провода щеток можно припаять к то­ ководам с помощью мощного электропаяльника. Щетки можно взять от отечественных злектростар. теров, подогнав их по форме надфилем, а по разме­ ру -наждачной бумагой на притирочной плите. Муфта свободного хода (МСХ) - деталь, которая r-.:iи выходе из строя ремонту не подлежит. Если она неисправна, ее необходимо заменить. Проверить ра­ ботоспособность мех можно так: зажмите мех в ти­ сках через медные или алюминиевые прокладки за зубuы шестерни и попытайтесь вручную через наж­ дачНУЮ бумагу, покачивая, провернуть муфту в об­ ратном направлении. Если муфта исправна, то про­ вернуть ее не удастся. • Токовый медный жгут З (рис. 8.2) стартера из­ готовлен из очень тонких проволочек . Окисляясь, они рвутся внутри жгута, и весь электропровод мо­ жет выйти из строя. Новый жгут можно изготовить из оголенных медных проводов и пропаять по месту вместо старого . Рис. 8.8 . &t.оJ(-с:Хемв системы nycu две: АКБ - аJ(J(JМуt.яторная батарея; ВЗ - кАЮч зажигания; РС - pet.e стартера; ТР - тяговое pet.e; ЗАВ - зt.ектро­ двигатеt.ь стартера; Р1 - nt.анетарный редуктор; Р2 - ос­ новной понижающий редуктор; МСХ - муфта свободного хода; две - двиrатеt.ь внутреннего сгорания. • Уже отмечалось, что пусковое тяговое реле (ПТР) неразборное. Однако, еС/\И обмотки соленои­ да 8 не нарушены, а при срабатывании тягового ре­ ле 6 злектрическое соединение в токовом контакто­ ре 5 отсутствует, такую неисправность можно устра­ нить, развернув на 180° токовые клеммы контакто­ ра. Для этого с клемм отворачивают гайки и фикси­ рующие шайбы, тогда клеммы можно будет протолк­ нуть во внутрь и развернуть. • После завершения ремонтных работ на отдель­ ных узлах стартер надо собрать в обратной последо­ вательности по отношению к разборке. стартер, отремонтированный с соблюдением опи­ санной технологии, может надежно работать не ме­ нее 80...100 тыс. км пробега . • В заключение приведены основные параметры стартера BOSCН-DW:12/1.1 в сравнении с парамет­ рами классического стартера BOSCH-EF:12/0.95 (см. табл. 8 .1). таблица 8.1 Н1 ~ ВОSСН· ВОSСН- "'" DW:121.1 EF:12'0.95 Дonjc1.- -pelic>tero 6 .15 8.. 15 ...,.,,.,.....,в 1 Мощжх:n. Ре..........,.... d1т 1,1 0.95 3 ТОll10~No'""1ОСТОМ'Щ11/, 70 50 .,.6олее,А ! • ~"'·--"""""""'°""°" 2800 1200 1!!J, c6,,_ 5 Тос ~ rpt ""'°""""' "50 . 550 500- . 600 _" ~"........,..,_енноrо 3,2 7.5 cщirepa, В 1 ~-"- 12 13,2 -(тормозной.._., М,.J, Н·м ~--сробатьеанмо 8 " '" 80f'Open&.8 9 ~J(f1Д 0.72 0,58 10 11epeдirrO<НOe'OtCllOЭJJ1J/~дntl 69; 74; 78 16; 17; 16 -моделеil~ 11 Вес стартере 8 dXlpe .... 3.5 З.9 12 1 в.с-·~.,,..... 1.6 2.2 13 "'*-""" еес: ст,.:~rерв rr/lfJт 3,18 •.1 1• 11~R еес: J:111/>Терноl'О 1,45 ?,О ....,_,.,,., .../J!JТ И последнее. Электростартер входит составной частью в систему пуска автомобильного двигателя внутреннего сгорания, которая включает в себя так­ же аккумуляторную батарею и стартерные электро­ цепи (рис . 8.8). Надежность работы системы пуска во многом оп­ ределяет эксплуатационную надежность автомобиля в uелом. Система пуска, оборудованная вышеопи­ санным злектростартером нового поколения и совре­ менной необслуживаемой аккумуляторной батареей, делает современный легковой автомобиль комфор. табельным и безотказным при запуске две. 77
=Глава девятая=============== СОВРЕМЕННЫЕ АВТОМОБИЛЬНЫЕ СИСТЕМЫЗА>КИГАНИЯ На легковых автомобнлях. оборуАованных бензиновым АВИгателем внутреннего сгорания, при­ меняются различные системы электронскрового зажигания: контактые, контаНJ'Но-транзнс­ торные, бесконтаКJ'НD-транзисторные, электронно-цифровые, микропроцессорные. Общие свеАения о системах зажигания рассмотрены в главе 1.. В Аанной главе описываются систе­ мы зажигания, которые наиболее широко используются на АВИгателях современных легковых автомобилей. 9.1. Транзисторные системы 3UСИrания Транзисторные системы зажигания принято под­ разделять на две группы: контактно-транзисторные (КТСЗ) и бесконтактно-транзисторные (БТСЗ). В контактно-транзисторной системе зажигания контактная пара прерывателя в первичной цеnи ка­ тушки зажигания отсутствует и заменена транзис­ торным ключом. Но сам транзисторный ключ управ­ ляется по базе контактной парой механического пре­ рывателя прежней конструкции (см. рис. 1.8, а). Это позволило уменьшить ток разрыва в контактной па­ ре и за счет усиления в транзисторе увеличить ток разрыва в индуктивном накопителе (в первичной об­ мотке катушки зажигания). При этом коэффициент запаса по вторичному (выходному) напряжению уве­ личился. Эксплуатационная надежность системы за­ жигания стала несколько выше. Наряду с контактно­ транзисторными системами зажигания были разра­ ботаны также и контактно-тиристорные системы с емкостным накопителем (см. рис. 1.8, в), которые не нашли широкого практичесt<ого применения. Бесконтактно-транзисторная система зажига­ ния (БТСЗ) - это первая система с чисто электрон­ ным устройством управления первичным током ка­ rушки зажигания и с бесконтактным электроим­ пульсным датчиком момента зажигания, который, как и контактная пара в классическом прерывате­ ле-распределителе, расположен на подвижной пло­ щадке приводного валика механического высоко­ вольтного распределителя (см. рис. 1.8, б). Поло­ жение подsижной площадки относительно оси при­ водного валика (угол разворота) может регулиро­ ваться аппаратами опережения зажигания (цент­ робежным и вакуумным). Подвижная площадка и установленный на ней активатор бесконтактного датчика представляют собой . электромеханическое устройство управления моментом зажигания. Та­ кое устройство управления в совокупности с высо­ ковольтным распределителем образуют так назы­ ваемый датчик-распределитель. 78 Электронное устройство управления первичным током в БТСЗ конструктивно выполнено в виде от­ дельного блока, который называется коммутатором. По выхощ коммутатор соединен с катушкой зажига­ ния, а по вхощ - управляется электроимnульсным входным датчиком на распределителе. таким образом, бесконтактно-транзисторная сис­ тема зажигания (рис. 9.1) - это совокупность элек­ тронного коммутатора К, датчика-распределителя РР. катушки зажигания КЗ и традиционной выходной исполнительной периферии: высоковольтных прово­ дов ВВП и свечей зажигания 1 •.• 4. • Бесконтактно-транзисторные системы зажига­ ния (БТСЗ) стали устанавливаться на легковых авто­ мобилях в конце rox годов и с тех пор постоянно со­ вершенствовались . В качестве бесконтактных входных датчиков с ме­ ханическим приводом от распредsала две были ис­ пытаны маrнитоэлектричесt<ие, индукционные. элект­ ромагнитные генераторные, параметричесt<ие, опто­ электронные и прочие преобразователи механичес­ кого вращения в электрический сигнал (рис. 9.2). Бесt<онтактный датчик выполняет в системе зажига­ ния следующие функции: задает установочный угол• опережения зажигания; управляет моментом зажи- Рис. 9.1 . Компоновка &ТСЗ на современном (поперечном) двнrатеАе •Установочным называется )'ТОЛ опережения зажнrання на пре­ А.еl\ЬНО НJ<ЗКНХ (колосrыхJ оборотак NoНГВТеля, коrда центробеж­ ный н ваl(}УМНЫЙ реrуляторы еще не работают. называется' также начальным утлом зажнгвння.
Современные авrомобИА1tНые системы эажиrания гания при изменении частоты вращения и нагруз1<И двигателя; определяет твкrность работы две. По со­ вокупности перечисленных функций бесконтактный дспчик выдает на вход коммутатора сигнал S, фикси- а) •t==,-. -==..- д) Jf© atШША,1 ''" '" е)~ •6..г-;, ж)~© ·~. и) ·tш ''" рующий оптимальную величину текущего значения угла опережения зажигания д/1Я различных режимов работы двигателя. Вначале, как более простой и достаточно надеж­ ный, широкое практическое применение получил маniитоэлектрический датчик. Но с разработкой ак­ тиватора на эффекте Холла последний стал основ­ ным элементом д/1Я всех последУЮщих бесконтакт­ ных датчиков электронных систем зажигания. • Не менее значительной модернизации подвер­ гались электронные коммутаторЫ БТС3. От тиристор­ ных коммутаторов быстро отказались, так как систе­ ма зажигания с емкостным накопителем выдает на свечи очень короткий импульс высокого напрЯЖения (не более 250••• 300 мкс), что неприемлемо д/1Я боль­ шинства современных бензиновых автомобильных двигателей. Первые простейшие транзисторные коммутаторы работали без ограничения амnлиl}'ды первичного то­ ка, т.е. в режиме постоянной скважности импульсов зарядного тока д/1Я индуктивного накопителя (отече­ ственный коммутатор 13.3734). В системах зажигания с такими коммутаторами аМПЛИ'l}'да высоковольтного импульса на вторичной обмотке каl}'ШКИ зажигания, как и в контактной сис­ теме, зависит от частоты вращения двигателя, а так­ же от наnрЯЖения в бортсети автомобиля. На смену коммутаторам с постоянной скважно­ стью (КПС) пришли коммутаторы с нормируемой скважностью (КНС), в которых ток зарЯда индуктив­ ного накопителя поддерживается в заданных преде­ лах ограничения путем управляемого насыщения вы­ ходного транзистора. Это защищает выходной тран­ зистор коммутатора от перегрузки по току, а также стабилизирует амПЛИl}'дУ тока заряда при изменении Р11с. 9.2. Ра3НОВ11Д1Юст11 бескоитакпв.1х входа.~х даТ1111ков AAJI &ТСЗ: а - контактный датчик (контактная пара) прерывателя-распреде11J1Теля батарейной, контактно-транзисторной и контактно­ тиристорной систем зажигания. Формирует момент зажигания размыканием контактов (кулачком К). Недостатки - неста­ бильность сигнала, малая наработка на отказ; б - мвrнитоэлектрический датчик частоты вращения две. Работает по принuиnу генерирования одиночного импульса в мо­ мент замыкания магнитного потока Ф ферромагнитным ротором R через магнитопровод обмотки W датчика . Недостатки - невозможность получения стабильного сигнала на низких оборотах ротора; в - феррорезист11вный датчик. Работает по принuиnу изменения электрического сопротивления в феррорезисторе В при изменении магнитного потока Ф от постоянного магнита. Недостатки - зависимость сигнала от температуры; г - даNик Хома. Наиболее распространенный датчик частоты вращения две в современных эез. Работает по принuиnу прерывания магнитного потока Ф от постоянного магнита NS ферромагнитным аттенюатором А. Недостатки - сложная тех· нология изготоВ11ения. Преимущества - стабильность параметров сигнала при любоА частоте вращения две ; д - электрогенераторный датчик частоты вращения две. Работает по принuиnу прерывания электромагнитного высокочастот­ ного поля металлическим экраном З. Недостатки - сюжность схемы. Преимущества - uифровой счет скорости вращения две; е - фотоэлектрический датчик частоты вращения две . Работает по принuиnу прерывания световоrо потока е оптическим атте­ нюатором В. Недостатки - возможность загрязнения и перегорания лампы L (низкая надежность). Преимущество - простота; ж - оптоЭ11ектронныi1 датчик. Работает по принuипу прерывания светового потока е между Э11ементами оптопары (свето­ вой диод и фототранзистор). Недостатки - загрязнение оптического канала . Преимуществе - возможность применения ча­ стотной модуляuии светового потока ; м - генераторныА датчик с частотной модуляuией. Работает по принuиnу срыва автоколебаний генератора. Недостатки - сложность. Преимущества - независимость амп11Итуды сигнала от частоты вращения ротора 4 . 79
rA8889 напрЯжения в бортсети. Выходное напрЯжение U2 при этом также стабИl\ИЗируется. Но оrраничение тока мощного транзистора насы­ щением приводит к значительному выделению тепло­ вой энергии на комекторно-эмиттерном переходе и, как С/\едствие, к низкой функциональной надежно­ сти системы зажигания в целом. ИСК/\ючить этот недостаток в коммутаторах с нор­ мируемой скважностъю можно введением в схему Эllектронноrо реrу11Ятора времени накоnления энер­ гии (времени протекания тока заряда через ИндУКТИВ­ ный накопиrель). Так ПОЯВИ/\ИСЬ коммутаторы с про­ граммным реrу11ЯТором времени накоП11ения (комму­ татор 36.3734), а ВС/\ед за ними и бOllee совершен· ные коммутаторы с адаптивным реrу11Ированием (коммутатор 3620.3734). ПОС11едние, помимо основ­ ной функции реrу11Ирования времени, обеспечивают бО/\ее высокую точность поддержания параметров то­ ка заряда при воздействии на систему зажигания раЗ11Ичных дестабИ11Изирующих факторов (неустойчи­ вая работа двигаrе/\Я , окружающая среда, старение и уход номиналов радиоЭ11ементов и пр.). • Э11ектронные коммутаторы БТСЗ иСК11Ючительно разнообразны не только по схемотехническому, но и по технО11оrическому ИСПО/\нению. Электронные схе­ мы коммутаторов , первоначально аналоговые и на дискретных радиоэлементах, бы/\И вытеснены инrег­ ральными микросхемами с ЦИфровым принципом дей­ ствия. Ста/\И пояВ/\ЯТЬСЯ коммутаторы на так называ­ емых заказных (специально разработанных д11я АСЗ) бо11ЬШих инrегральных и монокристальных схемах. Известно более 30-ти разнов111дностей бескон­ тактных систем зажигания с Э/\ектронными коммута­ торами, серийно выпускаемых за рубежом . Из отече­ ственных транзисторных коммутаторов наиболее распространены одноканальные 36.3734 и 3620.3734, а также двухканальный 6420.3734 (2). • В качестве примера схемной реализации бес­ контактно-транзисторной системы зажигания рас­ смотрим один из вариантов ее принципиальной Э11ек· трической схемы (рис . 9.3). -- уу J" "iЦБР . • • ..._._-+<,__......._ ......~..,...-,i,! t 05Wg от ПВ РР !Коммутатор к :ТJ)8Н'JИС1'. JUW01.t ТК пз: СВ '---------------- -- "... ·--:--------=------ -______ ......оТЛSt 1 Рис. 9.3 . Пр11н11ипиальная электрическая схема 6есконтактно­ rранэисторной системы эажигания 80 Выходной каскад ВК, помимо традиционной ка­ l)'ШКИ зажигания и транзисюрноrо ключа VТЗ, содер­ жит ряд доnО11Нительных Э/\ементов. VD1 - диод А11Я защиты транзисторного ключа VТЗ от обратного про­ хождения тока (от инверсного включения) во время емкостной фазы разряда, когда имеет место обрат­ ная полуволна напряжения в первичной обмотке ка­ l)'ШКИ зажигания (инверсное включение VТ3 образу­ ется и при случайном обратном включении аккуму/\Я­ торной батареи). VD2 - стабИ11ИЗирующий диод д11я ограничения величины падения напрЯЖения на участ­ ке эмиттер-комектор закрыюго (разомкнутого) тран­ зистора VТЗ (защита от перенапряжения). Коl-iденса­ тор С1 с первичной обмоткой каlушки зажигания об­ разует последовательный кО/\ебаrельный контур удар­ ного возбуждения, что увеличивает скорость нараста­ ния выходного напрЯжения системы зажигания . Ре­ зистор RЗ ограничивает ток разряда коl-iденсатора С1 через открытый (замкнутый) ключ VТЗ. Для того чтобы ключ VТЗ работ811 стабильно, т.е. при включе­ нии и выключении обеспечиВС111 крутые фронты и по­ стоянство амП11Итуды импу11ЬСа первичного тока в ко­ l)'Шке зажигания , управ11Яющий (базовый) импу/\ЬС тока транзистора VТЗ должен быть с крутыми фронта­ ми и достаточно бО/\ьшим по амП11итуде д11я глубокого насыщения транзистора . На формирование уnрав- 1\Яющего импульса тока работает предварительный усИ11ИТель-ограничиrель на транзисторе VТ1 и стаби- 1\ИЗирующий транзистор обратной связи VТ2 . Перечисленные элементы состаВ/\Яют электричес­ кую схему коммутатора тез. • Датчик-распределитель содержит механическое устройство управления моментом зажигания. в кото­ рое входят магнитная система М датчика Хома с ИН· дукцией ПО/\Я В, активатор ЭХ датчика Хома , )'СИllИТеЛЬ­ ограничитель УО , триггер Шмитта ТШ, разделиrельный транзистор VТ и стабИ11ИЗатор напряжения СТ. В датчик-распределитель входят также центробеж­ ный (UБР) и вакуумный (ВР) реrу11ЯТОры , магнитный аттенюатор А датчика Хома и собственно сам ротаци­ онный ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ распределиrель РР. С/VаЩеТ отметить, что Э/\еКТронный коммутатор в БТСЗ ЯВ/\Я­ ется /\ИШЬ формирователем формы импульса тока в первичной обмотке каl)'Шки зажигания, а значит, и скорости нарастания вторичного напрЯЖения U2 , но к формированию момента зажигания коммутатор пря­ мого отношения не имеет. Момент зажигания в БСЗ, как и в контактных системах, формируется электро­ механическим устройством упраВ11ения - бескон­ тактным датчиком на распреде/\ИТеле. Это обстоя­ тельство ЯВ/\ЯеТСЯ принципиа11Ьным недостатком всех бесконтактно-Э/\ектронных систем зажигания. Второй недостаток - На/\Ичие в системе ротационного вы­ соковольтного распределитем . Дальнейшее совер­ шенствование автомобильных сисrем зажигания Ш11О по пути устранения этих недостатков.
Современные автомобю\ьные системы эажиrания 9.2. Электронные и микропроцессорные системы зажиrания Рассмотренные 1ЗЫШе системы зажигания (КТСЗ, БТСЗ) в настоящее время имеют ограниченное при­ менение, а на имnортных легковых автомобилях вы­ сокого потребительскоrо класса, начиная с середины 90-х rодов, вообще не используются . Им на смену пришли системы зажигания четвертого поколения - это системы с электронно-вычислительными устрой­ ствами управления и без высоковольтноrо распреде- 11ителя энерrии по свечам в выходном каскаде. Та­ кие системы принято подразделять на электронно­ ВЫЧИС11ИТельные или просто на электронные (ЭСЗ) и микропроцессорные (МСЗ) . Электронные и микро- 11JОЦеССОрНые системы зажигания имеют три прин­ l.IИП<lальных отличия от предшеспзующих систем: 1. Их устройства управления (УУ) являются элек­ тронно-вЬNислительными блоками дискретноrо прин- 1.JИПа действия, выполнены с применением микроэле­ ктронной технолоrии (на универсальных или на боль­ ших интеrральных микросхемах) и предназначены для автоматическоrо управления моментом зажиrа­ ния . Эти устройства называются контроллерами. 2. Применение микроэлектронной технологии, помимо получения преимуществ по надежности, позволяет значительно расширить функции элек­ тронного управления. Стало возможным внедрение в автомобильную систему зажигания бортовой са­ модиагностики и принципов схемотехническоrо ре­ зервирования. з. Выходные каскады этих систем в подавляю­ щем большинстве случаев многоканальные и, как следствие, не содержат высоковольтноrо распреде­ лителя зажиrания. • Электронные и микропроuессорные системы зажигания отличаются друг от друга способами фор­ мирования основноrо сигнала зажигания, т.е. того сигнала, который от ЭБУ подается на спусковое уст­ ройство накопителя . В ЭСЗ основной сигнал зажиrания формируется с применением время-импульсного способа преобразо­ вания информаuии от входных датчиков . Это когда контролируемый проuесс задается временем его про­ текания. с ПОС/\едУЮЩИМ преобразованием времени в ДllИJ'еЛЬНОСТЬ электрического импульса. Таким обра­ зом. в ЭСЗ контроллер содержит электронный хроно­ метр и управляется анаюговыми сигналами. Компо­ нентный состав современной ЭСЗ показан на рис. 9 .4 . В МСЗ, С"fРУКТУРНая схема которой показана на рис. 9.5, для формирования сигнала зажигания приме­ няется число-импуl\Ьаiое преобразование, при котором параметр процесса задается не временем протекания, а непосреи:твенно числом Э11еКтрических импульсов. Функuии эt.ектронноrо вычислителя эдесь выполня­ ет число-импуl\Ьаiый микроnроuессор, который работа- ет от Электричес1<ИХ импульсов, стабилизированных по амплитуде и длительности (от uифровых сиrнаюв). По­ этому меж.ь,у~ и входными датчиками в ЭБУ МСЗ устанавливаются ЧИСМН1М/lулы:tiЬlе прео&­ раэователи аналоговых сиrналов в цифровые ~ИПы). В отличие от электронной. микропроцессорная си­ стема зажигания работает по заранее заданной для данноrо двигателя анутреннего сгорания программе управления . Поэтому в вычислителе микропроцессор­ ной системы зажигания имеется электронная память (постоянная и оперативная). • Проrрамма управления для конкретной конструк­ ции двигателя определяется экспериментмьно. в про­ uессе его разработки. На испытательном стенде ими­ тируются все возможные режимы двиrателя при всех ® ВЫХо.ц..... элеt<тржвасие схемы сист- 3аЖ11Га>И1 ~1~w - ~1 Катуwка .., ... ..., _ ' :§) ~ыебn<жмс:мст-.~-.... К"""'УП'тор () ~ 1 • Конrроплер ~+-• р .... .. ... ),. Dт ID л.е '!' '!' '!' '!' '!' '!' '!' '!' 111 11 1 1 ~111 1 1 1 .§: 9~·:®=:Jf ~2F ДаТ'ИС детон8Ч"" Р--. со, м...""1"*""". 2 BK-i!nyC«. •ОЛЛОt<Юj) Лямбда - 300\А Датчик Холла Вх-устроМства lдат-ки}~ заж.....- Рис. 9.4 . Компоненты современной ЗСЗ: а - выходные 31'.ектрические схемы; 6 - э11ектронные 6110 - ки; в - входные устройства (датчики); Р. м·. м· - сигна11ы от датчиков дроссе11Ьной засюнки; Л, D. Т - сигналы от датчиков кис11орода, детонаuии и температуры двигате11я (соответственно); w, Р в - сигналы от датчика Хома . 81.
rA8889 возможных условиях его работы. Дf\Я каждой экспери­ ментальной точки подбирается и регистрируется оmм­ мальный угол опережения зажигания. Получается на­ бор многочисленных значений yr/18 Аf1Я момента зажи­ гания, кa>tW>e из которых отвечает crporo оnреде11ен­ ной совокуnносrи сигнаюв от BXOAt*"X датчиков. Гра­ фическое изображение такого множества представля­ еr собой трехмерную характеристику зажигания, коrо­ рая в виде матрицы показана на рис. 9.6. Координаты трехмерной характеристики •зашиваютсяw в постоян­ ную память микропроцессора и в даllЬНейшем служат опорной информацией Аf1Я определения yr/18 опереже­ ния зажигания в реальных условиях эксnлуатаJИи дви­ гателя на автомобиле. Изменение опорного (взятого из памяти) yr/18 0 опережения зажигания осуществля­ ется автоматически. УвеJ1ИЧение yr/18 0 происходит при повышении оборотов, при уменьшении нагрузки и при понижении температуры две. Уменьшение yr/18 0 име­ ет место при увеличении нагрузки, при падении оборо­ тов и при повышении температуры две. Если В МСЗ ПОМИМО ОСНОВНЫХ датчиков ИСПОl\Ь3уlОТ­ СЯ доnоllt*1ТеАЬНЫе (например, да'NИК деТОНЗl.ll'И в ци­ ЛИl-lдРаХ ДВС), то в микропроцессоре осуществляется коррекция опорного значения yr/18 опережения эажига- 1=1 ния по сигналам этих даТЧИ<ОВ.. При ЭТОМ корректмров­ ка ПроИ380ДИТСЯ по ка/1W1МУ ЦИ11ИНАР)' в ОТде&НОСТИ. • Электронные блоки уnра8/1еНМЯ А/1Я ЗСЗ м МСЗ, помимо функциональных и схемоrехническмх, имеют и принципиальные конструктивные Р11311М'*!Я. В ЭСЗ блок управдения явмется самосrоятель­ ным конструктивным узлом и называется конrроме­ ром (рис. 9.7). На входы контромера 11ОД111ОТСЯ сиг­ налы от входных датчиков системы зажигания, а no выходУ - контромер работает на эмктронныА ком­ мутатор выходного каскада (см. рис. 9.4). Все эмк­ тронные схемы контромера ниэюуровневые (потен­ циальные), чrо позволяет ВКЛ1ОЧ8ТЬ мх в состае дру­ гих бортовых электроНных блоков ynpa&l\e...Я (напри­ мер, в ЭБУ системы впрыска топлива). В МСЗ все функции управления ИtПеrрированы в цектральный борювой компьютер автомобиля и пер­ сональный блок упрааления Аf1Я ак:темы зажиrания может отсуrствовать. Функции входных датчиков МСЗ выполняют универсальные датчики комnлексной системы автоматическоrо управмния двигателем. Основной сигнал зажигвния подается на Э11ектронныА коммутатор выходного каскада МСЗ неnосредствеt+­ но от центрального бортового компьютера. 14 18 ~• ..,, . llf:811 ---- Рис. 9.&. Сtруктурнu схема м1111роnроцессорн0ii смаемw 311J1111rвммя: 1-4 - вхоАные Ааtчики неЗ11ек1р11ческих воздеiiствмii (акцеmоры); 5-8 - nреобразоваtеJ\И неэ11е111рмческмх ве1111чмн а ан• 11оговые э11ектрическме сигн1111ы; 9 - да1ч11к абсо/\Юtноrо даВJ\енмя (МАР); 10 - АЦП; 11 - инtе1'р8АЫ1811 схема ммкроnро­ цессора; 12 - оnератмвная N nамяtь ЗУ; 1З - nосtоянная Р память ЗУ; 14, 15 - коммуtаtоры; 16, 17 - АВУJ(ВЫВОАНЫе катушки зажигания; 18 - свечи зажигания. 82
8400 5800 !12ОО - 4еоо 1 4000 i 3'00 12800 1 2800 1 2400 2200 2000 1 1800 с 11!()() 1400 1200 1000 1!ОО 8-rтм-(l»lфpwl 32323538454048484850515656565656 323235384540484848505156565656" 3232353845404848485051"5656 "56 32323538454048484850515656565656 313135384548484848505156" " 56" 30303538454848485050505050505048 287731354138383838З6З6З638404545 242877• 372424242424242•24244040 23242831352323232323232323234035 22232530352222222222222222224030 21222328332121212121212121213221 18202128312020202020202020202018 18181923771717171717171717171818 18181720231414141414141414141818 14141517201412101010101010141415 12121314181310101010121515151515 12121212121212121212151515151515 о51015202530354045so5580657075 р--(""81 Рис. 9.6. атрнчиа11 дмаrрамма трехмерной характеристики зажмrа н1111: no сиrн1111ам n и р оnреде1111&Тс11 соответствующее эначение 1е11ичмны ri-111 8 оnережен1111 эажиrан1111 (Например, ЧИС/10 33° НЗ дмаrрамме) • Несмотря на значительные различия электронных и микроnроцессорных систем зажигания, rю устройст­ вам управления выходные касКЗАЫ этих систем имеют иденти....юе схемоrехническое и конструктивное исnо11- нение, при котором каждая свеча зажигания на много­ ЦИЛИl-\дРОВОМ две пО11учает знерrию для иа<рообразо­ вания по отдельному каналу. Такое распределение на­ зывается статическим или многоканальным. Что это дает автомобИ11Ьной системе зажигания? Надо вспомнить, что кроме обычных недостатков механического переключателя (низкая надежность и малая наработка на отказ вращающихся и трущихся частей) классический распределитель зажигания имеет и тот. что в нем реализуется коммутация высо­ ковольтной энергии через электрическую искру. Это, помимо дополнительных потерь энерrии , приводит к неравномерному выгоранию контактов в иэоляцион- Рис. 9.7. Внеwниii вмд контромера э11ектронноii системы uжиrан1111 ной крышке распределителя и, как следствие, к явле­ нию разброса искр по цилиндрам и к низкой функцк. ональной надежности системы зажигания. Разброс искр между выводами даже исправного механичес­ кого распределителя может достигать 2 •••3 угловых градусов по повороту коленвала две. Ясно, что в электронных и особенно в микропро­ цессорных системах зажигания, высоконадежных и высокоточных в функциональном опюшении, форм111- рование момента зажигания в которых реализуется с точностью 0,3 ...0,5° для каждого цилиндра в отдель­ ности, применение высоковольпюго механического распределителя совершенно недопустимо . Здесь ПРl/l­ емлемы электронные способы переключения каналов на ниэкопотенциальном уровне непосредственно в электронном блоке уnраВ11ения с дальнейшим стаТlll­ ческим разделением каналов по высокому напряже­ нию на многовыводных или индив11ДУальных катушках зажигания. Это неизбежно приводит к многоканаль­ ности выходного каскада системы зажигания. Реализация многоканального распределения энергии может быть осущестВ11ена в системах зажи­ гания несколькими способами. Наиболее простой из них - применение двухвыводного высоковольтного выходного трансформатора или двухвыводной ка­ тушки зажигания в выходном каскаде. Такой способ разделения каналов приемлем для реализации в сис­ теме зажигания с любым типом накопителя. Откуда пришла такая идея? Известно, что в систе­ ме зажигания . на выходе которой установлен аысоко­ вольтный распределитель. во время разрЯДа накоп111- теля имеют место две искры : одна основная (рабочая) в свече зажигания и другая вспомогательная - меж­ ду беrунком распределителя и контактом одного из его свечных выводов. Вторичная обмотка выходного трансформатора (катушки зажигания) высокоВО11Ьт- Рис. 9.8 . СоеАИИени11 свечей эажиrан1111 с двухвыводноii катушкой 83
rмва9 ным выводом соединена с центра11Ьным бегунком рас­ пределителя, а другой вывод обмоП<И является нуле­ вым, так как во время разряда накопителя соединяет­ ся с "массой" автомобиля (см. рис. 9.3). ЭНерrия всrю­ моrательной искры в распределителе тратится бесnо­ леэно, и эrу искру стремятся всячески подавиn.. Отсю­ м ясно, чю вспомогательную искру из-под крышки распределителя можно перенести во вюрую свечу за­ жигания, соединив ее с первой через •массу" ГО/\ОIЗКи бюка цилиндров последовательно. Для этого достаюч­ но ИСКllЮЧИТЬ распределитель из выходного каскада, отсоедмнить от ·массы" автомобиля заземляемый вы­ вод каl)'Шки зажигания и подключить к нему вюрую ЭАектроискровую свечу (рис. 9 .8). При одноеременном искрообраэоаании в двух све­ чах зажиrания одна искра ЯВJ\Яется высокоео11Ьтной (12...20 кВ) и воспламеняет томиаовоздУШНУЮ смесь в конце такта сжатия (рабочая искра). При эюм другая искра НИЗКОВОJ\Ьтная (5•••7 кВ), хоюстая. Явление пе­ рераспределения высокоrо напряжения от общей вто­ ричной обмоП<И между искровыми промежутками в двух свечах зажигания есть следствие глубоких разли­ чий усювий , при которых происходит искрооборазова­ ние. В конце такта сжатия незадолго до пояВ11ения ра­ бочей искры темnераrура ТОПl\ИВОВОЗдУШНОГО зарЯДа еще недосrаючно высокая (200••• ЗОО°С), а давление, наоборот - значительное (10.. •12 атм). В таких YCN> виях пробивное напряжение между ЭJ\ектродами све­ чи - максимаl\ЬНО, В конце такта выпуска, когда име­ ет место искрообразование в среде отработавших га­ зов, пробивное напряжение минимально, так как тем­ nераrура ВЫХJ\ОПНЬ1Х газов высокая (800••• 1000"С), а давление низкое (2 •••3 атм). Таким образом, 1'1>И стап+ ческом распределении высокого напряжения с помо- Р11с. 9.9 . С11стема эаж11rан11я Д/\R 4-х тактноrо двух11111111ндровоrо АВС: 1- АКБ; 2 - 1\NОЧ зажигания: 3 - двухвыводная катушка; 4 - механический nрерывате11Ь; 5 - свечи; R - доnо11ни­ те11Ьныi1 резистор; S - з11ектромеханические контакты nре­ рывате11я; С - конденсатор. 84 r- ---~---~~----- ·i 1* *1 L---------------------------1 1 ц.r..,др 21.jиlи\Щ> 3 Цмлиt\ор 4ЦиlИ\дР 1 такт -- Xonocrat1 слКЗt 2Tlll<Т Xonocratl -- слК32 Эпоrт Хооост8'1 ~ спКЭt 4Т11КТ -... Xono<t8A слКЗ. 1'8боч8я иаq>а 12. ..20 .В. Холосrао ИС1ф8 5.. •7 .В . Рис. 9.10. Аиаrрамма 11ос11едовате11ьности искрообразования щыо двухВЫВОдной каl)'ШКИ зажигания (на двух nосле­ довательно соединежых свечах -одновремежо) поч­ ти вся энерrия ВЫСОКОВОJ\ЬТНОГО ЭllеКТроискрового раз­ рЯДа приходится на рабочую искру. • Впервые двухвыводная каl)'Шка 6ЫJ1а примене­ на в контактной батарейной системе зажигания д/1Я двухUИl\ИндроеоrО 4-х тактного двиrателя. Примером может служить система зажигания д/1Я двигателя ПОl\ЬСКОГО авюмобиля ФИАТ-126Р (рис. 9 .9). Анало­ гичная по принципу действия система зажигания ус­ тановлена на отечественном автомобиле ОКА (с электронным уnраВJ1ением) . Если в две четыре uилиндра , потребуются две двухвыводные каl)'Шки зажигания и два раздельных энергетических канала коммутаuии в выходном кас­ каде (см. рис. 9 .5). На рис. 9.10 приведена диаграм­ ма последовательности искрообразования в uилинд­ рах 4-х цилиндрового четырехтактного двигателя, ос­ нащенного системой зажигания с двумя двухвывод­ ными каl)'Шками зажигания. дАя шестицилиндрового двигателя потребуются три двухаыводные каl)'Шки зажигания и три энергетических канала. • В настоящее время разработан ряд автомо­ бильных систем зажигания, в которых две двухвы­ водные каl)'Шки зажигания собираются на общем Ш-образном магнитопроводе и тем самым образует­ ся одна 4-выводная каrушка зажигания (например, мя авюмобиля ВАЗ-2110) . такая каl)'Шка имеет две первичные и две вюричные обмотки и уnраВl\Яется от двухканального коммутатора. Четырехвыводная каl)'Шка зажигания может иметь и оr.ну вюричную двухвыводную обмотку при двух первичных. Вторич­ ная обмотка такой каl)'ШКИ дооборудована четырьмя ВЫСОКОВОl\ЬТНЫМИ диодами - ПО два на каждый вы­ соковольтный вывод (см. далее главу 11). • Недостатком 11Юбой системы зажигания с двух· выводными каl)'Шками ЯВl\ЯеТСЯ то, что в одной азе­ че искра развивается от центрального электрода к
Современные автомобмАьмые системы эажмrания массовому (боковому), а во второй свече - в обрат­ ном наnрав11ении (см. рис. 9.8). так как uентральный электрод заострен и всеrда значительно горячее бо­ кового, то истечение носителей заряда с его острия при искрообразовании требует затраты меньшего КО11Ичества энергии, чем при истечении с бокового электрода (на uентральном Э11ектроде начинает про­ являться термоэлектронная эмиссия). Это приводит к тому. что пробивное напряжение на свече, работаю­ щей в прямом направлении. становится несколько ниже (на 1,5...2 кВ), чем на свече с обратным вК/\ю­ чением ПО/\Ярности. Для современных электронных и микропроuессорных систем зажигания с бо/\ЬШИМ коэффиuиентом запаса по вторичному наnряжению и с уnрав11Яемым временем накОП/\ения энергии зто не имеет принuиnиального значения. 9.4 . Выходные каскадь1 с индивидуаnьным статическим расnредеnением В современных электронных и микропроцессор­ ных системах зажигания широко используются вы­ ходные каскады с индиsидуаllЬными катушками за­ жигания для каждой свечи в отдельности . Примером может С11ужить система зажигания фирмы BOSCH, интегрированная в электронную систему автоматиче­ ского управления (ЭСАУ) двигателем. которая извест­ на под названием Motroпic. На рис. 9.11 показана функuиональная схема 'ЭСАУ Motroпic М-3,2, которая устанавлиаается на че­ тырехUИ/\Индровых двигателях автомобИllей AUDl-A4 (выпуск ПОС/\е 1995 года). В контромере J220 имеется микропроuессор с блоком памяти, в котором хранится трехмерная ха­ рактеристика зажигания (см. рис. 9.6). По этой ха­ рактеристике. а также по сигналам датчика до G-28 (датчик частоты вращения двигате11Я) и датчика ДН ~9 (датчик нагрузки двигате/\Я) устанаВ11ивается начальный угол е = f(п) опережения зажигания. Да- 1\ее по сигналам датчиков АХ G-40, АТ G-62 и Ад G-66 в uифровом микропроuессоре производится вычис- 1\еНие текущего (необходимого для данного режима работы ДВС) значения угла опережения зажигания. который с помощью электронной схемы переКllюче­ ния каналов подается в виде основного имnу/\ЬСа s зажигания в соответствующий канал электронного КОММУJВТОра К-122. К зrому времени в этом канале индуктивный накопитель N находится в заряженном (от бортсети +12 В) состоянии и по сигналу s разря­ жается на соответствующую свечу зажигания. Через 180° поворота коленвала описанные проuессы f:tудут иметь место в Сllедующем (по порядку работы двига­ те/\Я) КВНВ/\е КОММ)'Татора. Основные преимущества системы зажигания, ин­ тегрированной в ЭСАУ Motronic. состоят в Сllедующем: - ИНдИВИдУальное статическое распределение высокого наnряжения по свечам зажигания; - катушки зажигания с ЗаземllеНной вторичной обмоткой; - все входные датчики (датчик Хома, датчик ча­ стоты вращения две. датчик темnераl)'РЫ две, дат­ чики дроссельной заслонки, датчик детонаuии) - зrо фОрмирователи электрических сиrнаюв из незлект­ рических воздействий бесконтактного принuиnа дей­ ствия. Аналоговые сигналы от этих датчиков преоб­ разуются в контромере в uифровые сигналы; - сеt.ективная коррекuия угла опережения зажи­ гания по детонаuии (в каждом uw.индре в отдельности); - 0ТК11ючение UИllИндров две при перебоях в ис­ крообразовании (защита дорогостоящих комnонен- КОНТРОПЛЕР J220 Molronlct.13 .2 Рис. 9.11 . Функционаr.ыtая схема ЭСАУ Motronlc М-3.2: АН - даNик нагрузки две (дроссеl\ЬНЫЙ rютенциометр): АХ­ датчик yrr.a опережения эажиrания (датчик Хома); АО - дат­ чик частоты вращения (маrнитоЭJ1ектрический датчик на кo­ r.eнllal\y); АТ - датчик температуры двигатеl\Я (термистор); Ад - датчик детонаuии (пьезоэr.ектри'Н!ский); S - сиrнi!/\ за­ жигания . поочередно подаваемый на входы коммутато­ ра; А, В - контакты соединитеr.ьноrо разьема; VТ - СИl\овые транзисторы коммутатора; N - индуктивные накопите11И; ТЗ - трансформаторы зажигания; СВ - свечи зажиrания . 85
rАаВа 9 тов - кислородного д81'4ика и каталитического газонейтрвлизатора экО11оrической сис-rемы автомо­ биля от повреждений); - наличие в контромере ф)'НКUИЙ самодиаrнос­ тики и резервирования. 9.5. ВыхоА,НОА каскад с управnяемым транссрорматором зажиrания Известны rюпытки применить в многоканальном выходном каскаде автомобильной системы зажигания высоковольтный трансформатор с насыщающимися сердечниками. Если магнитопровод трансформатора ввести в ре­ жим насыщения, то его коэффициент трансформа­ uии резко падает и энерrия из первичной обмотки во вторичную не трансформируется. Электрическая схема выходного каскада с транс­ форматором насыщения п0t<азана на рис. 9.12. Вы­ ходной трансформатор имеет два магнитопрово­ да - М1 и М2, охваченных общей первичной обмот­ кой W1 • Каждый магнитопровод оснаЩеti отдельной обмоткой уnраВllенИЯ (W8 ' и W8 "' ) и отдельной двухвы­ водной вторичной обмоткой (W2 ' и W2 "') . Когда по уnрав11Яющей обмотке Wв' протекает ток, достаточный А11Я насыщения сердечника М 1, а обмотка Wв" обесточена, то высокое напряжение бу­ дет наводиться ТО/\ЬКО во вюричной обмотке W2" . Ес­ ли обесточить уnра811Яющую обмотку Wв' и пропус­ тить ток насыЩеtiИЯ по обмотке W8 '" , то насытится сердечник М 2 и высокое напряжение будет транс­ формировано то11Ько в обмотку W2 '. Система зажигания с трансформатором насы­ щения обладает высокой надежностью , малыми га­ баритами и весом, но ее промышленный выпуск пока не реализован из-за значите11Ьных техничес­ ких трудностей изготовления (AllЯ транеформатора насыщения требуются тороидальные сердечники из высококачественного пермалоя . Намотка мно­ говитковых обмоток на такие сердечники крайне затруднена) . We +128 W8" w; м. тv s Рис. 9.12. Вwходной касКВА СЗ с трансформатором насыщения 86 9.6. Высоковопыные провода В смстемах зажиганию: с 8ЫСОКОВО/\ЬТНЫМ механич&­ ским распределителем д11ИНа ~тных проводов всегда значите/\ЬНа (20•..60 см). И так как rю проводаМ в момент ЗАеКТрОИСКрОвого разряда в свечах 11ЮfекаеУ вькхжочастотный ток высокого напряжения, то д.\И++­ ные nроводв излучают радl'IОПОМеХИ. Источниками ра­ диопомех ЯВ/\ЯЮТСЯ также с:ве-.1 зажигания и распреде­ литель. Есть три способа rюдав.\еНИЯ радиопомех от и:;з: экранизация выеоководЬniЫХ проводов, с:sечей, ка1}'ШКИ зажигания и ВЫСОКОВОдЬ1Ж)ГО расnредеl\КТеЛЯ; введение в ~ ТОКОВQА ВЫСОКОВОАЬПЮГО про­ вода распределенной~ и расnредележого COПpoмlllet*IЯ; установка помехоnодавитеАЬНОГО резио­ Тора непосредственно в ИЗОJ1ЯТОР свечи зажигания. ЭКранизаuия требует уве11ИЧеНМЯ запаса по вто­ ричному напряжению и де11вет выходной каащд АСЗ rроМОЗдКИМ. ВЫсоковольтный Провод с расnредеАеН­ ными параметрами имеет недостатО'liО высокую конструктивную надежность, САОЖН)'IО Texttof\Of'ИIO ИЗГОТОВJ\еНИЯ И высокую СТОИМОСТЬ. В современных системах зажиганмя применяют све­ чи с помехоподавите/\ЬНЬl\ll резистором 4 . •.10 кОм, а ~ ВЫСОКОВО/\ЬТНЫХ проводов стремятся свести к ми­ нимуму. r1ос11еднее становится воэможным благодаря применению~ кa'l)UleК эажмгания, уста. новдеННЫХ неnосредствежо на сsечах (см.. рис. 9 .11). Высоковольтные провода подраэделяlОТ на низко­ омные (до 0,5 Ом/м - в устаревwих конструкциях проводов) и высокоомные (1.•• 10 кОм/м) . nровода марКируются двумя сnособвми: цветом и текстовой надписью вдоАЬ провода. ОТечествеlh>lе провода светl\СНIОj)ИЧНеВОi ИNt пест­ рой расuветки- низкоомные. nровода красного ИNt ро­ зового цвета nввn-s обладают расnреNoJt8ННЫМ сопрс>­ ТИ81.еН1еМ 2000±200 ОМ/м: синего цвеrа nвnnв.40- 2550±250 ОМ/м. на высокоесw.тных проводах импорт­ ного производства Э1\еКТрИчеСКМе параметры чаще обо­ значаюrся текстом вдоль провода. Содержание текста можно расш1фровать rю фирмежому катаюу. Любой из трех указанных способов подавления радиопомех приводит к некоторому падению аысоко­ ВО/\Ьтного выходною' напряжения системы зажига­ ния, что иногда сказывается nрМ пуске холодного двиrате11Я в С/\ЯКОТН)'Ю зимнюю noroдY, когда прово­ да покрываются тонким инеем . Чтобы устранить этот недостаток, в современных микроnроцес:сорн сис­ темах зажигания стали применять rряэевлагозащиту ВЫСОКОВО/\ЬТНЫХ Проводов и свещtА зажигания (ук­ рытие проводов в изоляционную трубку или rюд пластмассовую КрЫшку вместе со е&е'lаМИ). • В зак/\Ючение С/\едует отметить, что принципы построения электронных схем д1tЯ ЭАектроискровых систем зажигания надолго останутся такими же, ~<ак и в современных микропроцессорных аtетемах .
=Глава десятая АВТОМОБИЛЬНЫЕ СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ 3Аектронскроsая свеча является важнейшим компонентом Аю6ой современной автомобиАыюй системы зажигания. От совершенства ее конструкции и праВlfАьноrо поАбора в значитеАьной степени зависит нВА,ежность работы АВИrателя внутреннего сгорания (АВСJ с прину.дитеАьным воспАаменением топАивовоЗАУШНой рабочей смеси. по принципу работы разАичают свечи с ис­ кровым ВОЗАУUJНЫМ зазором, со СКОАЬЗЯЩей искрой, поАуnроВОАНИКОВЫе, эрозийные и комбини­ рованные. При Аюбом испоАНении свеча зажигания явмrется быстроАействующим искровым за­ паАом топАивовоЗА}'Шной смеси в ЦИJIИНАJJВХ АВС. НаибОАьшее распространение на автомобиль­ ных АВиrателях поА)"IИАИ искровые свечи с ВОЗАУUJНЫМ зазором, что объясняется их высокой наАежностью, простотой конструкции и техноАоrичностью изrотовАения. Такие свечи рассматриваются в мнной rАаве. 10.1 . Особенносnt апектроискровоrо разряда Для образования искры в свече зажиrания с воз­ дУШНЫМ зазором на ее электроды подается высокое наnрЯжение, источником которого на современных АеГКОВЫХ автомобИllЯх ЯВ/\Яется индуктивный нако­ питель энергии - катушка зажиrания. Как то11Ько разность потенuиалов на э11ектродах свечи достиrа­ ет значения пробивного напрЯжения, междУ З11ект­ родами происходит э11ектроискроеой разряд. Пробивное напряжение зависит от параметров самой свечи (материал и форма З11ектродов, вели­ чина воздушного зазора между З11ектродами, по­ АЯрность центра11ЬНОГ0 З11ектрода), от параметров, характеризующих условия воспламенения рабочей смеси в камере сгорания (давление в момент про­ боя искрового промежутка, температура рабочей смеси и З11ектродов, состав и скорость движения смеси в зоне искрового промежутка); пробивное напряжение зависит также от скорости нараста­ ния напряжения на электродах свечи, т.е. от пара­ метров выходного каскада системы зажигания. Величина пробивного напряжения воздушного промежутка в свече зажигания 11ежит в пределах 8 кВ s; Unp s; 12 кВ. Максимальное значение пробив­ ного напряжения характерно д/1Я режИМС?В пуска и разгона двиrате11Я, минимВ11Ьное - д/1Я работы на установившихся режимах. Для надежной и беспере­ бойной работы системы зажигания максимальное напрЯЖение U2,,., ..., развиваемое катушкой зажиrа­ ния, должно превышать необходимое пробк~ное на­ пряжение Unp на всех режимах работы двигателя с достаточным запасом: U2max = 1,5 Unp. Энерrия, за­ пасенная в индуктивном накоnиrеле (в катушке за­ жигания), выде11ЯетсЯ между электродами свечи в вмде электрической искры. Электроискровой раэрЯД яВl!.яется источником теnла, а также СИllЬНОЙ иониэа­ uии и протекает практически мгновенно. Темnерату­ ра•канала разрЯДа (ионизированного ИСКрОВОГо жгу- 10) радиусом 0,2 . ..0,б мм превышает 10000°К. Эле- ктроискровой разряд энергии, накопленной в катуш­ ке зажигания. всегда распадается на две фазы: ем­ костную и индуктивную (рис. 10.1). После того как ток 1:1. в первичной (накоnите/\Ь­ ной) обмотке катушки зажигания прерывается, на­ чинает быстро исчезать магнитное поле, накОП11ен­ ное вокруг первичной обмотки за время протекания по ней первичного тока. При этом напрЯЖение U2 на вторичной обмотке, а значит, и на Зllектродах свечи зажигания, возрастает. Когда напряжение U2 стано­ виrся равным пробивному (Uпр). между З/\ектродами свечи происходит электроискровой разряд. В начВ/\е разрЯДа будет иметь место емкостная фаза (участок а••• б), а затем индуктивная (участок б ••• в). Емкостная фаза представляет собой разряд энер­ гии, накоnленной к моменту пробоя в электрических t.c аб в Рис.10.1. Изменение напряжения между эАектродами свечи зажи- гания во время эАектроискровоrо разряда: 1 - максима11Ьное значение напряжения на вторичной об­ мотке катушки зажигания - U2 rnax = 1.5 Unp; 2 - пробив­ ное напряжение U"", при котором возникает эАектри'ЧВская искра (масштаб U:an" и Unp - уменьшен); З - напряжение Uд э11ектрической дуги т11еющеrо разряда при индуктивной фазе разряда; а.• • б - емкостная фаза разряда; б . •. в - ин­ дуктивная фаза разряда. 87
rАаВа10 полях системы зажигания. Эm поля образуются в со­ средоточеннай емJ<ОСТИ nервичнай и распределенной емкости вторичной цепи выходноrо каскада системы зажигания. Поскольку искровой промежуток с.w,но ионизирован и его сопротиВ11ение маю, ток емкост­ ной фазы может достигать нескольких десятков и да­ же сотен ампер, однако длительность этой фазы не­ значительна - 1 • • •З мкс. ИНЩ1<1Мвная фаза разряда слещет сразу вслед за емкостной и представляет собой тлеющий разряд в догорающих газах той части энергии магнитного поля катушки зажигания, которая осталась в ней по­ сле завершения емкостной фазы разряда. Продол­ жительность индуктивной фазы значительно больше емJ<ОСТНой и достиrает нескольких миллисекунд, но ток тлеющеrо разряда не превышает десятков мил­ лиампер. Для систем зажигания с ИНдУКТИВНЫМ на­ копителем энергия емJ<ОСТНОЙ фазы находится в пределах 5 .. • 1 5 мДж, а индуктивной фазы - 50••• 100мДж. В нормально работающем двигателе рабочая смесь в камере сгорания воспламеняется во время емкостной фазы разряда, когда темпера1)'ра в ис­ кровом промежутке свечи зажигания достигает мак­ симальных значений (10000°К и более). Однако ин· дуктивная фаза играет более значительную роль при догорании топливовоздушной смеси и особенно на низких оборотах и на переходных режимах работы двигателя. В таких условиях индуктивная фаза раз­ ряда (длительность, энергия) оказывает более суще­ ственное влияние, чем емкостная фаза, на выход­ ные характеристики двигателя (мощность, эконо­ мичность, токсичность). Однако емкостная фаза, яв­ ляясь первичным ~поджигателем" топливовоЭдУШ­ ной смеси, определяет устойчивость и эффектив­ ность работы две, а также является основным сред­ ством стаби11Ьности и высокоточного управления мо­ ментом зажигания в цилиндрах две. елещет отметить, что емкостная фаза сопровож­ дается высокочастотными колебаниями, которые яв­ ляются источником радиопомех. 10.2. Устройство авто!50бюrысоА свечи 3UUU'3НWI На рис. 10.2 предстаВ11ена наиболее распрост­ раненная конструкция автомобильной свечи зажи­ гания, основными частями которой являются: кор­ пус 7, изолятор З и электроды 10, 11 . Корпус свечи имеет внешнюю резьбовую часть 9 и шестигранную головку 6 под свечной ключ . Опор­ ная поверхность корпуса может быть плоской или конусной. В первом случае между головкой блока ци­ линдров и свечой устанавливается уплотнительное кольцо 8, которое может быть как съемным, так и 88 несъемным. ИсnО11ЬЗОвание свечей зажигания с ко­ нуснай опорнай поверхностью дает возможность по- 2 ____ 3 6 7 9 , _____1 _2 soo...100°c Рмс.10.2 . Электромскровая свеча зажиrан1111 : 1 - контактный ко1111ачок; 2 - резьба под ко1111ачок ; 3 - керамический иэо11Ятор центра11Ьного электрода ; 4 - фир­ менная метка ; 5 - ребро иэо11ятора; 6 - гайка оод све ной 1111юч ; 1 - корnус свечи : 8 - )'111\Отнительное ко11Ьuо; 9 - резьба на корпусе и ее А11Ина; 10 - центр811ьный эле­ ктрод; 11 - боковой (массовый) Э11ектрод; 12 - воэдуw. ный зазор между uентра11Ьным электродом и керамическим изо11Ятором; 13 - теп11овой конус (юбочка) керамического изо11Ятора; 14 - полость для запо11Нения горючей смесью; 15, 16 - теплоотводящие и фиксирующие ко/\Ьца; 17 - теплоотводящий и токопроводящий сте1111огерметик; 18 - тело корпуса ; 19 - центрирующее теплоnроводное ко11Ьuо; 20 - ребристая часть центра11Ьного Э11ектрода (фиксатор); 21 - токоnроводящая ИllИ резистивная часть 11онтактной rоювки; 22 - воздушный зазор; 23 - контактная го11овка; 24 - тело гоювки блока (крышка ци/\Индра); красные ли­ нии - напраВ11ения nотоков, отводящих теnло от конуса иэо11Ятора; 25 - зона nервонача11Ьного воспламенения.
лучить надежную герметизацию при меньшем уси­ лии затяжки свечи и позволяет отказаться от уnлот­ нительного кольца. Такие свечи широко применяют­ ся на американских автомобилях. Внутри корпуса располагается изо/\Ятор 3 - важ­ нейший элемент свечи. Материал изо11Ятора свечи ДОl\Жен обладать высокой механической и электриче­ ской прочностью, высокой коррозийной стойкостью, большим объемным и поверхностным сопротивлени­ ем, быть термостой~<им, не поглощать воду и иметь высокую удельную теплопроводность. Во многом от свойств материала изолятора зависят качество и ха­ рактеристики свечи зажигания. В настоящее время изоляторы искровых свечей изготовляются в основ­ ном из корундовой керамики с содержанием около 95% оксида алюминия А1203• В состав керамики так­ же входят МИНераllЬНЫе добавки в виде ОКСИДОВ ~<ремния, кальция, магния, кобальта и ниобия. кото­ рые улучшают основные характеристики изолятора и придают керамике голубой цвет. Герметичность между изолятором и корпусом свечи осуществляется кольцевыми уплотнителями 15, 16, 19. Уплотнительные кольца 15 и 16 улучша­ ют отвод тепла от изолятора через корпус к голо­ вке блока цилиндров. Нижняя часть изолятора 3 является тепловым ко­ нусом 13 (иногда называется юбочкой теплового ко­ нуса). В некоторых типах свечей теГlll()вой конус изо­ лятора высrупает за торец корпуса, что обеа~ечива­ ет хороший доступ топливовоздУШной смеси в искро­ вой промежуток между электродами 10, 11 и лучшее охлаждение нижней части изолятора во время вса­ wвания холодной смеси. Внутри верхней части изо­ лятора расположена контактная головка 23, а в ниж· ней части - центральный электрод. Герметизация центрального электрода и контактной головки в изо­ ляторе осущесП1ЛЯется теплопроводящим стеклогер­ метиком 17. Искровой разряд между электродами свечи за­ жигания является источником радиопомех. Для по­ давления этих помех между центральным электро­ дом и контактной головкой может быть установлен помехоподавительный резистор, выполненный в виде угольного стержня или специального резис­ тивного герметика. Такие свечи устанавливаются на двигатель с проводами высокого напряжения без помехоподавительных средств. Кроме того, встроенный помехоподавительный резистор спо­ собствует уменьшению эрозии электродов. Материал электродов должен обладать высокой коррозионной и эрозионной стойкостью, жаропроч­ ностью, хорошо проводить тепло. Удовлетворитель­ ными свойствами обладают сплавы с большим со­ держанием никеля и хрома. Кроме того, никель при высоких температурах способствует ионизации ис­ крового промежутка, что несколько снижает про- АвтомобиАьные све1111 эажмrания бивное напряжение между электродами свечи. Од­ нако при использовании в топливе антидетонацион­ ных добавок (например, тетраэтилсвинца) коррозия электродов из сплава на основе никеля ускорЯется. В этом случае лучше себя зарекомендовал сплав на основе хрома. Для большинства свечей зажигания отечественного производства в качестве материа­ ла центрального электрода применяются хромотита­ новая сталь 13Х25Т или нихром Х20Н80. Аналогич­ ные сплавы применяются за рубежом. Для современных форсированных двигателей применяются свечи. центральный электрод кото­ рых выполнен из меди и покрыт никель-хромовой оболочкой. Медный сердечник обеспечивает луч­ ший теплоотвод при больших нагрузках двигателя, а жаропрочная оболочка повышает износоустойчи­ вость электрода. Для форсированных двигателей спортивных авто­ мобилей свечи зажигания изготовляются с серебря­ ным центральным электродом. Среди метамов сере­ бро обладвет самой высокой теплопроводностью, это дает возможность изготовить центральный элек­ трод более тонким, что облегчает доступ горючей смеси к искровому промежутку и тем самым снижа­ ется вероятность пропусков воспламенения. Однако свечи с серебряным электродом имеют меньший срок службы. В современной свече зажигания между ее цен­ тральным электродом и изолятором предусмотрен продолговатый воздушный канал 12, наличие кото­ рого предотвращает разрушение изолятора из-за расширения центрального электрода. Расширение электрода происхо~т не только под действием вы­ соких температур в камере сгорания, но и за счет химической реакции между никелем, содержа­ щимся в сплаве электродов, с серой, образующей­ ся при сгорании топлива. В результате высокотем­ пературной химической реакции образуется сер­ нистый никель, который увеличивает диаметр цен­ трального электрода. Это может привести к по­ вреждению изолятора, если посадка электрода в изоляторе была бы плотной (без зазора). Однако следует заметить, что указанный воздушный канал ухудшает теплоотвод от самой горячей части цент­ рального электрода и это сказывается на тепловой характеристике свечи. Высокими эксплуатационными свойствами обла­ дают свечи зажигания с платиновым электродом, который спекается непосредственно с керамичес­ ким изолятором. В таких свечах воздушный канал 12 не требуется. Благодаря высокой коррозийной и эрозионной стойкости платины центральный элект­ род делается очень тонким, что обеспечивает хоро­ ший доступ горючей смеси в искровой промежуток и гарантирует ее надежное воспламенение. Малые размеры центрального электрода из платины в соче- 89
fA888 :10 тании с заостренной формой бокового электрода, а также каталитическое действие платины. сгюсобст­ вуют понижению пробивного напряжения МеждУ электродами. Для свечей с платиновым центральным электродом характерны надежное искрообразова­ ние в течение всего срока службы и хорошие пуско­ вые свойства. Однако высокая надежность и долго­ вечность таких свечей сочетаются с повышением их стоимости (в 4 .. .5 раз по сравнению с обычными свечами). Массовый электрод 11 приваривается контакт­ ной микросваркой к ободку корпуса свечи. Как у отечественных, так и у зарубежных свечей, массо­ вый электрод изготовляется из никель-марганцевого сплава. Этот сплав надежно сваривается с корпус­ ной сталью свечи. Эксплутационные характеристики свечи зажига­ ния улучшаются. если массовый электрод имеет медную вставку по типу центрального электрода . Свечи. у которых медь используется как в цент­ ральном, так и в массовом электродах , впервые были выпущены в 1988 г. фирмой "Champion" под маркой "DouЫe Copper". Для надежного искрообразоваНl!я в течение всего срока службы и /;/\Я обеспечения долговечности в све­ чах устанавливают несколько боковых электродов . Су­ щественное влияние на эксплуатаuионные параметры свечи и теплопроводность электродов, дос'fУ1'1"1ОСТЬ го­ рючей смеси в искровой промежуток, на износостой­ кость электродов, пробивное напряжение оказывает форма массовых (боковых) электродов (рис. 10.3). Наибольшее распространение получил одиночный ТОРLtОВЫй массовый электрод 1"однако есть свечи, в которых применяются массовые электроды различной формы: крючкообразный 2, парные сплющенные 3, углубленные боковые 4, кольLJевой 5, тангенсаль­ ный 6, подковообразный 7. одиночный боковой 8. От формы электродов зависит вид искрового про­ межутка и. как следствие, траектория искрового разряда. Форма поперечного сечения электродов может быть различной (круглой, прямоугольной, тре­ угольной и др. ) . На поверхности массовых электро­ дов могут быть нанесены канавки или они могут иметь осевые отверстия. что способствует самоочи­ щению электродов. 2 з 4 5 6 7 8 Рмс.10.З. Раз11ов11Д1tост11 боковых эАектродов свечм зажиrаиия 90 МеждУ электродами искровой свечи зажигания устанавливается определенный для данного типа двигателя зазор. Для двигателя современного лег­ кового автомобиля с электронной системой зажи­ гания величина зазора воздУШного промежутка междУ электродами находится в пределах 0,7 ..• 1,2 мм. Для двигателей прежних конструкuий с классической системой зажигания 0,5.. .0,8 мм. При неправильно установленной ве­ личине зазора ухудшаются показатели работы ав­ томобильного двигателя, в частности, увеличива­ ется расход топлива и ухудшается экология вы­ хлопных газов. Для современных двигателей, рабо­ тающих на бедных смесях, требуется увеличенный зазор междУ электродами свечи. Но с увеличени­ ем зазора возрастает пробивное напрЯжение ис­ крового промежутка, поэтому современная систе­ ма зажигания имеет более высокий запас по вто­ ричному напряжению. чем исключается вероят­ ность пропусков искрообразования. Если воздУШ­ ный промежуток междУ электродами слишком мал, то увеличивается вероятность его •зарастания" нагаром и становятся возможными пропуски за­ жигания . Это крайне отрицательно сказывается на экономичности двигателя. Так, при одной нера­ ботающей свече зажигания в шестицилиндровом двигателе расход топлива увеличивается на 25% . В тех случаях. когда пропуски зажигания недопу­ стимы (например, на вертолетных две или на двига­ телях спортивных автомобилей), в каждЫй LIИЛИНдр устанавливают по две свечи зажигания. 10.3. Теnnовая характеристика Электроискровая свеча зажигания на автомо­ бильном двигателе работает в крайне тяжелых усло­ виях. так как подвергается комплексному цикличес­ кому воздействию механических. термических и эле­ кrрических нагрузок . изменяющихся в широких пре­ делах. Кроме того, детали свечи зажигания подвер­ гаются химическим воздействиям со сюроны тоnли­ вовоздУШной смеси, а также со стороны продУКтов сгорания топлива и моюрного масла. Во время работы двигателя в тепловом отноше­ нии свеча подвергается воздействию колебаний температуры газовой среды в камере сгорания от 60 до 3000°С. В результате тепловой конус изолято­ ра и электроды нагреваются до некоторой средней температуры. При неполном сгорании тоnливово'а­ дУШной смеси, а также из-за попадания моторнОl'о масла в камеру сгорания на поверхности тепловоfо конуса изоляюра образуется токопроводящий на­ гар, шунтирующий искровой промежуток свечи. Из­ за шунтирующего действия нагара, сопротивление коюрого при работе двигателя может изменятьсп<>т
0,5 до 1,0 МОм (в хоюдном состоянии чиствя свечв зажигания имеет сопротиВ11ение изолятора 500...10000 МОм), во вторичной цепи системы за­ жwания поямяется ток утечки. Ток утечки еще до пробоя исмровоrо nромежуn<а в свече вызывает па­ /111!НИ8 напряжения во вторичной uвпи. В резуJ1Ьтате напряжение, подводимое к э11вктродам свечи, уменьшается и может окаэвться равным И11И даже меньwе пробивного напряжения искрового проме­ жутка. Зто приводит к пропускам искрообразования И11И искра междУ 81\еКТродвми вообще не возниквет. Утечка тока может иметь место и по наружной по­ верхносп~ И3ОllЯТора, ес1\И она загрязнена И11И nо­ ~<рЫТа В118Гой. Вредное ВllИЯНие нагара, В/\8ГИ и за­ грязнений может быть уменьшено внутри свечи пу­ тем уве11Ичения пути А11Я протекания токв утечки, что досn4Гается уД/\ИНеНИ8м теnювого конуса, а снару­ жи - ребренмем поверхности иЭО11ЯТОрв и ее укры­ tмем под rряэез81ЦИП4Ый КО/\Пачок. При нагреве теn­ /\ОЕIОГО конуса изолятора до температуры 400••• SOO°C нагар на его поверхности отслаивает­ а1. Эта тeмnepinypa наэываетей темnера'fУРОй само­ очищения свечи. Для быстрого нагрева теП11овоrо конуса до темnер81У\)Ы самоочищения он должен быть достаточно длинным. С другой стороны, при ра­ боте двмrат81\Я под по/\НОЙ нагрузкой температура ТеnАОВОГО l<ОН)'Са и 81\еКТродов не дО/\ЖНа превы­ шать 850••• 900°С. Иначе может возникнуть само­ произво/\ЬНОе восn11аменение тоПllИВОВОЗдУШной смеем (К811М11ЬНО8 зажигание) от сИ/\ЬНО рвзоrретых частеА свечи зажиrания (причиной К811Ийноrо эажи­ rания часто ЯВАЯеТСЯ наrар не ТО/\ЬКО на свечах, но и на друrих час'l'ЯХ камеры сгорания). КЕЗ11И11Ьное за­ жиrание ВОЗНИ1<88Т во время сжатия еще до момвн­ та ПОА8А8НИf1 искры в свече и хврактеризуется рез­ ким ростом температуры и дВВ/\ения гвэов в камере сгорания. Процесс сrорания тоn/\ИВОВОЭдУWНой сме­ си становится неуправляемым, мощность двигате11Я падает, а его перегрев может привести к серьезным nоюмкам поршней, клапанов, кО11еНчатоrо ва11а, раэруwению ИЭОАЯТора свечвй и выгоранию Э11ект­ родов. Таким образом, чтобы свечв нв покры88118СЬ наrаром и не ВЫЭЫВ81\8 К811И/\Ьноrо зажигания, тем­ персnура ее теw.овоrо конуса должна быть в преде- 118Х 400••. 900°С. Teмnepal)'P1 400•.. 900°С теплово­ го конуса ИЗОllЯТора называют теП/\ОВЫМ преде/\ОМ работосnособности свечи, коrорый д11Я всех свечей nраt(ТМЧ8СКИ одинаков. Однако двигате/\И сущест­ венно ра311Ичаются no мощности, по Пlny ИСПОJIЬЗУе­ моrо бензина, по степени сжатия, в, с11едовате11ьно, и по Т8П1\ОВОЙ напряженности. Чвм боllьше форси рован двиrат811Ь, тем боllьшев ко11Ичество mП/18 вы­ де/\ЯеТСЯ в камере сгорания, тем 11учше дОllЖНО от­ водиться Т8П1\О от свечи, чтобы она не neperpeвa- 1\SCЬ. Основная часn. ТеП/18 (80%) отводится чврез центр81\ЬНЫЙ ЭJ\еКТРОд по тепювому конусу ИЭО/\ЯТо- Автомобимные С881fИ эажиrания ра. Далее одна часть данного теП11ового потока про­ ходит по теП11ООтводящей шайбе и резьбовой части корпуса, а другая - через опорную поверхность корпуса и прокладку. Таким образом, чтобы выдер­ жать теП11овой преде11 рабоrосnособности свечи, размеры ее конструктивных Э11ементов и их формы (Г/\8вным образом. теП11овоrо конуса изолятора) должны быть СОГ/\8СОВ8НЫ с теП11ОВОй напряженно­ стью двигвтеля. Отсюдв с11едует, что д11Я раз11ИЧных двигате11ей требуются свечи зажигания с разl\ИЧНОЙ ТеП/\ОВОЙ характеристикой. Для оnреде11ения ~теП11овая характерИстика све­ чи зажигания" однозначного термино11огического соr/\8шения пока нв существует. Чаще всего темо­ вая характеристика свечи зажигания выражается Ка/\ИJ\ЬНЫМ ЧИС/\ОМ. К811ИJ\ЬНое ЧИС/10 свечи зажига­ ния предстаВ11Яет собой некоторое условное ЧИС/\О, которое хврактериЗУет способность свечи рабо­ тать в ус11овиях сnеци81\Ьного ЭТ81\онного двигатеllЯ без к811И/\ЬНого зажигания. Соr/\8СНО российскому ГОСТу 2043-74, под K8/\Иlllr ным ЧИСl\ОМ понимается )'СllОВное чисю из ряда 8, 11, 14, 17, 22, 23, 26, коrорое проnорцион81\ЬНО среднему индикаторному дВВ11ению, при котором во время испытания свечи зажигания на тарировочном оДНОЦИ11ИНДровом двигате11е в ЦИ/\Индре двигате11Я на­ чинавт появляться К811И/\ЬНОе зажигание. Ряд зарубежных фирм под К811ИJ\ЬНЫМ ЧИС/\ОМ ПрИ­ нимает ве11Ичину, пропорциональную вреМени, no ис­ течении которого свеча, установ11енная на сnеци811Ь­ ный исnытате11Ьный двигате11Ь, работвющий при оnре­ де11енном режиме, начинает даввть К81\И11ЬНое зажи­ гвние. В некоторых с11учаях д11Я оценки свечей раЭ11Ич­ ных типов используется nоказате/\Ь - относиffi/\ЬНОе К811И11ЬНОе ЧИС/\О свечи зажигания. Эrот nоквзате11ь ЯВ/\ЯеТСЯ произведением дl\ИНЫ ТеП/\ОВОГО конуса изо­ лятора свечи (в мм) на ее К811И/\ЬНОе чИС/\О. Реже в качестве теП/\ОВОЙ характеристики ИСПО/\Ь­ эуется теП/\ОВОе ЧИС/\О, которое предст881\ЯеТ собой от­ ношение 11ИТJЮВОЙ мощности (в 11.с.) двиг8ТВ/\Я к ПllО­ щади поверхности нижнвй части изО/\ЯТОра (см2), вос­ принимающей тепло. Такая характеристика яВ11Яется мерой теП/\ОВОй напряженности свечи зажигания. В общем случае, теП11Овая характеристика ко~+ кретной свечи зажигания зависит от теП11опровод­ ности ве цеmра11Ьноrо электрода и центраJ1Ьного изолятора; от Пllощади и кривизны поверхности теn- 1\ОВОГо конуса изО11Ятора; от формы запа11Ьной по11о­ сти, доступной А11Я рабочвй смеси и других факто­ ров. Изменяют mП11овую характеристику свечей, в основном, изменением дl\ИНЫ теП11ового конусв изо- 11Ятора и Пllощадыо вго соприкосновения с корпу­ сом свечи (рис. 10.4). Свеча, преднвзначенная Д11Я низкооборотисто­ го двигате/\Я с умеренным твп11овым рвжимом, имеет д/\ИННЫЙ ТВПllОВОЙ конус (рис. 10.4, а). Изо- 91
rмва 2.0 лятор такой свечи получает во время работы дви­ гателя большое количество тепла и нагревается до температуры 600•.. 700°С. Такая свеча называет­ ся и горячей". Свеча д/IЯ быстроходного двигателя с высокой степенью сжатия и напряженным тепло­ вым режимом имеет короткий тепловой конус (рис. 10.4, в), утопленный в корпусе и близко к не­ му прилегающий. Благодаря этому доступ горючей смеси к запальной полости несколько затруднен, но путь отвода тепла при этом значительно укоро­ чен. Как следствие, изолятор получает меньшее количество тепла и лучше охлаждается (средняя Таблица 10.1 • Ряды калильнЬ'~хЧисёд-свечей зажигания l'oca4tl 11 14 17 20 "&ru", "Вosr:l1". r""""""" "Cllan1'on". - 25 ---+- 1з 12 11 10._з 2109овrлОб 24 23.••••••• ::.:.····· .:.::.··з 2 ~ ·~ Delco", США 76543210 температура нагревания изолятора не превышает <yquem·. ~ :юЗ242525862728296 500•.. 600°С). Такую свечу называют "холодной", и "IOC".sm.... 6 .12 1314 она работает без калильного зажигания при на- '--~~~~~~~-'-~~~~~~~~~~~~ а) б) в) r) Рмс.10.4. РаэАмчме свечеii no l<аАМАЬНОМУ ЧМСАу: а - горячая свеча ; б - свеча с умеренным калильным чис· лом ; в - холодная свеча ; r - разновидности электродов . 92 пряженном тепловом режиме двигателя. Однако в колодной свече зажигания короткий тепловой ко­ нус изолятора становится более восприимчивым к шунтирующему действию нагара. Современные двигатели легковых автомобилей характеризуются высокими значениями литровой мощности, что требует расширения rеплового пре­ дела диапазона работоспособности свечей зажига­ ния. Одним из способов решения этой задачи явля­ ется увеличение теплопроводности центрального электрода путем использования медного сердечни­ ка, покрытого жаропрочной оболочкой, т.е. состав­ ного электрода из двух различных металлов. Благо­ даря хорошему теплоотводУ от составного электрода может быть увеличена длина теплового конуса изо­ лятора для холодной свечи зажигания (рис. 10.4 . б). Это обеспечивает надежное самоочищение свечи на режимах малых нагрузок и холостого хода и дела­ ет конструкцию свечи зажигания менее чувствитель­ ной к образованию шунтирующего нагара. Хорошая теплопроводность составного электрода снижает ве­ роятность перегрева деталей свечи и возникнове­ ния калильного зажигания. В зависимости от принятого способа определе­ ния тепловой характеристики для свечей зажига­ ния установлены ряды калильных чисел (табл. 10.1). Эти ряды составляются фирмами-изго­ товителями и отличаются друг от друга по инфор­ мационной значимости условных единиц. Калиль· ное число обязательно указывается в маркировке любой свечи зажигания. 10.4. Обслуживание В течение первых 2000..•3000 км пробега про­ бивное напряжение новой свечи зажигания повы­ шается на 15...20% за счет округления кромок электродов. При дальнейшей работе под действием горючих газов, высокой температуры и искрового разряда электроды вырабатываются (выгорают) и
зазор в свече увеличивается в среднем на 0,015 мм на каждые 1000 км пробега автомобиля. В результате пробивное напряжение искрового промежутка постепенно возрастает, и рано или по­ здно система зажигания начинает работать с пере­ боями. В связи с этим через каждые 10 тыс. км nробега рекомендуется проводить регулировку ис­ крового промежутка подгибкой бокового электро­ м. а через 30•••40 тыс. км пробега - заменять свечи на новые . Использовать свечи с пробегом бо­ лее 50 тыс. км не следует. Перед вывертыванием свечей необходимо уда­ лиrь вокруг них грязь и обдуть посадочные места сжатым воЗдуХом, чтобы предупредить засорение камеры сгорания через свечное отверстие в голо­ вке блока цилиндров. Вывертывать и завертывать свечу С11едует то11Ько nри помощи свечного ключа со стандартным ворот­ ком длиной не более 20 см . Использовать вороток большей длины не рекомендуется, так как при за­ тяжке или отворачивании чрезмерно затянутой све­ чи ее можно сломать . В случае использования свечи с конусной опорной поверхносТью корпуса можно повредить не тоЛЬt<о саму свечу, но и посадочное гнездо в rоловке блока цилиндров . Для затяжки свечей лучше использовать динамо­ метрический ключ. соблюдая рекомендуемый мо­ мент затяжки (табл. 10.2), который зависит от раз­ мера резьбы, вида опорной поверхности корпуса свечи и материала головки блока цилиндров. Если во время установки резьба свечи смазыва­ ется графитовой смазкой, то момент затяжки следу­ ет уменьшить от рекомендуемых в табл. 10.2 значе­ ний на 20.. .25%. Новые фирменные свечи в смазке резьбы не НУЖдаются. При отсутствии динамометрического ключа посту­ nают С/\едуЮЩИМ образом. Завертывают свечу с чис­ той резьбой рукой до упора . Далее, используя штат­ l*>IЙ свечной ключ, продолжают ввертывать свечу до задержки врацения. После этого следует довернуть свечу. Для новых свечей с плоской опорной поверх- Таблица 10.2 ~Рекомендуемые моменты затяжки (Н•м) вечей зарубежного производства Оnорни Ч)fун -OVlll! М10-1 10.. 15 10..15~ М1Т1 ,25 15..25 15...25 м 14"1,25 20.•40 20 _:ю м 18'1 ,5 :Ю.-45 20...35 М14"125 15..25 10. 20 м1в·1.s 20..:Ю 15 .23 __. __ Автомо&w.ные све11м •жиrания ностью корпуса и уnлотните11Ьным кольцом доворот составляет · ОО0• Если свеча с уплотнительным коль­ цом уже нахоДИ11асЬ в эксплуатации - доворот не бо­ лее 30°. Свечу зажигания с конусной опорной по­ верхностью корпуса и без уплотнительного кольца "доворачивают" всего на 15°. Более блаrоприятные уС/\ОВИЯ воспламенения тоn­ ливовоздушной смеси достигаются в камере сгора­ ния двигателя, если ввернутая в головку блока ЦИЛИt+ дров свеча располагается таким образом, чтобы бо­ ковые 31\ектроды не препятствовали доступу rорючей смеси в искровой промежуток при открытии впускно­ го клапана. Такое положение свечи можно обеспе­ чить в пределах допустимого угла затяжки. предва­ рительно сделав метки на корпусе свечи и на поса­ дочном месте головки блока. Метки должны соответ­ ствовать оптимальному расположению свечи в каме­ ре сгорания относите/\Ьно впускного клапана . Наибо­ лее просто это выполнить АЛЯ свечи с одним боко­ вым электродом. Было замечено, что при таком рас­ положении свечи стенки камеры сгорания меньше покрываются нагаром. двигатель более устойчиво работает на холостом ходу, меньше потребляет топ­ лива и ero мощность несколько возрастает. Величина воздушного зазора свечи с нечетным числом боковых электродов проверяется круглым щу­ пом, который вставляется продольно относительно бокового электрода и должен проходить МеждУ элек­ тродами с едва ощутимым сопротиВ/\ением. Ясно , что плоским щупом точно измерить зазор невозмож­ но, так как в резу11Ьтате электроэрозии на боковых массовых электродах образуются выемки, которые вносят погрешность в измерение искрового проме­ жутка. Эта погрешность может состаВ/\ЯТЬ 40••• 60%, что необходимо иметь в виду при установке зазора в свече с нечетным числом боковых электродов. Осноень1111И неисправностя111И искровых свечей зажигания ЯВ/\ЯЮТСЯ недостаточная герметичность по корпусу и центральному электроду, износ (выгора­ ние) электродов, разрушение теплового конуса изо­ лятора, образование нагара на внешней поверхнос­ ти теплового конуса, что приводит к шунтироввнию воздушного зазора междУ электродами. БО/\Ьшинство неисправностей свечи зажигания можно определить внешним осмотром. Так, о нару­ шении герметичности свечи говорит появление тем­ ного налета в виде ободочка на наружной поверхно­ сти изолятора вокруг корпуса. Вывернув свечу из головки блока цилиндров, по херактеру износа электродов и состоянию теплового конуса изолятора можно судить о техническом состо­ янии не только свечи, но и двигателя. У неработающей свечи все внутренние ее части покрыты В11ажным нагаром, а сама свеча при рабо­ те две не нагревается выше средней температуры головки блока. 93
rАаВа.10 Ниже представлены типичные примеры внешнего вида внутренней торцовой части свечи зажигания. вывернутой из головки блока (рис . 10.5)• . • Нормелысое сосюянме. Тепловой конус изо­ лятора слегка покрыт нагаром от серо-желтого, светло-коричневого до серо-белого цвета. Электро­ ды не обгоревшие, торцовый ободок корпуса чис­ тый. Можно утверждать, что приготовление горю­ чей смеси в системе питания и установка момента воспламенения в системе зажигания безупречны. отсутствуют пропуски искрообразования и воспла­ менения. Калильное число свечи подобрано пра­ вильно. Двигатель и его системы работают устойчи­ во (поз. ). P11c.10 .s . Внеwнмii вид внутренней торцовой части свечи эажмrаню• nрм раэлмчнwх ее состояниях (расшифровка в тексте) • Фотоrрафни нз ремамноrо журнала фнр- 'Champion•. 94 • Оrложеюся на юоляторе м электродах. зна­ чительные отложения на электродах. тепловом ко­ нусе изолятора и на ободке корпуса свечи могут быть в вмде шлака или в виде рыхлого, легко отле­ тающего осадка. Основной причиной является на­ личие непредусмотренных инструкцией по эксплуа­ тации двигатеf\Я присадок в моторном масле или топливе. По калильному числу свеча подобрана правильно. Если очистка свечи не дает результата, ее следует заменить (поз. б ). • Свеча flOtCPblТ8 черным нarapot11;. Тепловой ко­ нус изолятора, электродь1 и ободок корпуса покрыты бархатистым матово-черным нагаром. Причинами могут бьггь неисправности в системе питания двига­ теля (карбюраторе или системе впрыска топлива), слишком богатая смесь, засорение возщшного фильтра; неисправность пускового устройства кар­ бюратора или слишком дllИТельный процесс пуска двигателя, преобладание перевозок на короткие рас­ СТОS!ния, слишком ·холодная" свеча. Вследствие об­ разования такого нагара возможны пропуски искро­ образования и затруднение пуска холодного двигате­ ля. Увеличивается расход топлива. Если свеча подоб­ рана правильно, то после ее очистки и регулировки зазора, а также после устранения неисправностей в системах двигателя она может быть вновь установле­ на на место (поз. &). • Замасленная свеча. Тепловой конус изолято­ ра, электроды и корпус свечи покрыты глянцево­ маслянистыми отложениями или плотным маслянис­ тым нагаром. Причины: сломано маслосъемное кольцо, большой износ цилиндро-nоршневой группы двигателя. высокий уровень масла в картере, мас­ лосъемные сальники клапанов пришли в негод­ ность, у двухтактного двигателя переизбыток масла в топливовоэщшной смеси. Свечи, покрытые мас­ лом, вызывают пропуски искрообразования, пуск двигателя затруднен или вообще невозможен. Пе­ ред очисткой свечу необходимо промыть струей бензина под напором (поз. r ). • Переrрев сеечм. внешний вид сильно пере­ гретой свечи схож со свечой в нормальном состоя­ нии . Отличие состоит в отсутствии нагара на элект­ родах и тепловом конусе. Наиболее достоверно эту неисправность можно определить по сильному пе­ регреву наружной части изолятора. Белый цвет изолятора и отсутствие на нем следов нагара сви­ детельствуют о перегреве свечи. вызванного ран­ ним моментом зажигания, бедной смесью, подсо­ сом дополнительного воздуха в LtИЛИндр двигателя, использованием топлива с низким октановым чис· лом, отсутствием уплотнительного кольца на свече с плоской опорной поверхностью корпуса, неис·
nравностыо системы охлаждения двигателя, нали­ чием нагара на днище поршня и в гОАОВКе цилинд­ ра или приме1~е1~ием •горячей• свечи. Свечу с при- 3Н81<аМИ neperpeвa C/!eflYВT заменить. иначе в А8/\ЬНеЙUJ8М начнет развиввтъся ВЬ1"орание элект· родов (поз. ~- • 8wr«JpalOl8 •А8КУРОдОВ. Оплавление элеt<Тро­ АО8 (особенно цвнтральноrо), следы расплава метал­ Аа на Т8ПJ\080М корпусе иЗО11ЯТорв. застывшие ша­ рими метама на ободке корпуса говорят о чрезмер­ ном переrреве с:аечи и 1<8АИЛЬНОМ зажигании. При. 'И1Ы такие же, каt< и в предыдУЩем случав. Во из­ бежание ПОNoМСЖ двигателя Эt<сnлуатацию ввтомо­ биАя смдует f1)8Кр8ППЬ до выяснения необнару­ женных f1Pl4'Иt !UW4ЛЬНОГО зажигания (поз. ). • Разруwенке теnАОВОrо конуса иэомrrора. Разрушенме теnюеоrо конуса изолятора в виде скоюв И11И трещин. Эта неисправность чаще всего появляется на длительно и нормально работвющих саечах. что может быть результатом постоянной Аетонации двигвтеля, перегрева свечи, расшире. ния центрального мектродв под действием высо­ ких температур или ero коррозии, •зарастание· воздУWного канала (см . поз. 12, рис. 10.1) междУ центраАЬНЫМ ЭА8Ктродом и ИЗОJ\Ятором нагарными отюжениями, механического воздействия при не­ аккураrном обращении со свечой. С/!едует заме­ тить. что ПОЯВА8НИе детонационных СtуКОВ в двига­ тме может бытъ вызвано ранним зажиганием, ка­ АМАЬНЫМ зажиганием при перегреве двигателя или ИС11ОJ1ЬЭО118НИ топлива с несоответствующим оt<­ тановым ЧМСАОМ. Работа двигателя с детонацией недопустима, Tat< каt< приводит к ero преждевре­ межому выходу из строя (поз . >19. АвтомобИАЪНые с118'1и эажиrания • М8'1'8МИ311111а1 8JlеК1РОДОВ. При постоянном ИСПОАЬЗОВ8Нии бензина с антидетонационными при­ садками на основе соМй свинца срок службы све­ чей звжигвния резко сокращается (с 50 тыс. до 10" . 15 тыс. км пробега). Обьясняется это тем. что и цекtральный, и боковой электроды нормально ра­ ботвющей свечи зажигания покрываются неустра­ нимым налетом свинцовых соединений в виде тон­ кой зеленоватой пленки . При появлении перебоев в системе зажигания такие свечи поддежат замене (поз. t. 10.5 . Маркировка свечей зажигания Мар~<ировка любой свечи зажигания несет в себе првктически полную информацию, необходимую для прввильного выбора типа свечи к конкретному дви­ гателю. К такой ИНФ<>РмаJИИ относятся данные о размере резьбы на корпусе, fеП11ОВОЙ характеристи­ ке, особенностях конструкции свечи и т.п. К сожалению. в мировой практике пока нет еди­ ного nодХода к маркировке свечей зажигания. Каж­ дая фирма по-своему обозначает свою продУКцию . Квк правило, зарубежные фирмы обозначают свои свечи зажигания раЗАИчного назначения (автомо­ бильные, мотоциклетные , авиационные и т.п.) по единой схеме. В России действует отраслевой стандарт ОСТ 37.003.081-87, который распространяется на обозначения неразборных, неэкранироважых ИС· кровых свечей зажигания всех типов двигателей вну­ ТренНеrо сгорания, кроме авиационных (рис. 10.6). На рис.10.7-10.12 в виде таблиц представлены расшифровки обозначений наиболее распростра­ ненных марок свечей зарубежного производства. - 1111411J011J6 * 17 в 10 а..- - - r_,._" а-- - ,..... _ -- -- - ..,.,... Q.O --- ._,.....~ 1:1.7 - 1[ - JI "" т - r - - - '-") • -- PllC. 10.6 . М8РКJ1ровu СВВ'IЙ - •1 11 11 1 OTB'IВCТВBHlllOrO nромзводс1118 95
rАаВа 1.0 слещет отметить, что в отечественном стандарте для обозначеtiия свечи исrюльзуется десять информа- тивных разрядов. Информация каждого разряда рас­ шифрована в табr.ичном блоке. В маркировке отече- РабаН81'DfЮУСС -..-- .....,.......,.,,,..,....""""""' А 12.7 10 м10•1 в 12.1111 .1 u ......,.......,.,.,..,.,,.,, ll м12•1.zs _. . . .. .,..,._ с 19.tJ nлm.... 14 Mt4•1,.25 D 19.tJ/17,S 18 м1в•1.s s· Сер<6ро (99.9 % AsJ Е •.> F •.> к..,_..-~ - 111411п 11 - 7 D u 1111 11 1 1 Тнn IСDнструхшtН Каm<п>иоечжло -- °"""""""'"""""""" о у~- - R п-..... ~ .....,,,~-~ ---- в &WCOtD8QIU,tнc:llV ЩМ*Jд8 1211 ..... с~ -pnиcropooo с ToцчтoB-Д11.18WCOIC080.lllo11IOl"OIJp<8Qlll f215NW .......... ......,.,,.. -Торсчь" QC 'l 8 """"""'..,,..,,. .... 1) А т.,.,...,.... D J х ~-......,. ~1.lмм F [1ocuo<iнoe 1Ш:ТО болwuс пJlior о C8C'lllCP08CpltJIOC'JНIAI~ т Jибwo.wo 4 ... .. ,..,.. .. _... .. ,,, . сн Тоц что<l-с)'КJIИЧСНИоll nокрх.tКК1'WО '·-~... .,, ...,.,, ... к к..,.........,.........,,....... .....,,.. R Встроен....t~НWЙрt»fс:тор s...10 .0. . s СкчtА!UДВС wanoA ..ощностм т To are. что s - с a:itl)'CНOR ono;iмoll l'N*PIUICICТWO '-· 1 "08 01 -t.- ..,.,,,.,,......_. z Cvчa1111•д.l)'XТUТ'НOl'OIVl•rt"l'UI Рис. 10.7 . Маркировка свечеii эажиrания фирмы BERU (rермания) Тмn"""""""" в А.,,.,...,,_. с D 1 р n.m." Е т R 1w 11 11117111D111 с111 11 1 1 1 -"- 1 Ра:t.ме:р 004 мюч, мм -.....- ... .._.............. 0..00 .. .. . . ..... ..,..... f1JIOCIW Спорма.8 11О1ерхносn. trqlflytl F м1•••.2S 16 OilO)ЖU l'ЮaqwtOCТ'lo~ IО>иу<а.....,..,,." """""" ....,,..... ....... ...,.,,,.. R 3o&цмmw11,._.,..JVU . .. . _. _" . .. . .. . "oб.........,u•"•:t;w......,..,.._ м м11·1~ 26 А 12.7 11.1 жт З&юрмс::uу~NN w м1••1.zs 11 в 12.7 11,1 ccn. v l.J u м10•1 16 с 19,tJ 17,, ..., w 0,9 у м11•1.2S 16 D 19,(J 17,, ccn. х 1,1 Кottyotu ооорнu noacplUIOCn ~ Е •.> жт у 1.> D м11·1~ 11 F •.> ecn. z 2.О н м14•1,.2S 16 н 19,tJ ccn. 1 х м11•1,.25 17.> L 19,tJ "-' ccn. УД!tЮlеКНWА uempaлw!WI~ о Оnпоиа<и<О>- .....,.,.... 1 м-.....,,,_,,,.,,......,.... JD сллам иаосuоае НXUJU • """""'"-~ IDZ-11.~ Рис. 10.8. Маркировка свечей эажиrания фирмы BOSCH (rермания) 96
АвтомобиАьные све11и эажмrания ственной свечи наиболее важная часть табличных другая часть - "пустотами" (см. табл. на рис. 10.6). В блоков обозначена соответствующими симВО11ами, а марt<Ировке импортных свечей зажwания указывают- в с D Е о о ~ т u )( BL•V 8N-S CJ-T Dl•X с ~.......,..,_ А Об~ 11ОНС1р)'КWU :uanpoдoa се ~м6сжоd~.~с~~ в К.О. ...c .coawx Э.'XlnpQд08 с l.tnnpanыcwA 3.lektp(ЩC ~~ ВУС Ucmpuwudi.~ClltCAКWМ~M'lpМШQC:08WJI.~ G Це:нтрмw-.~Jt :uQ'1'pall ЮЛр&ПЩеКМDrО мn'U.U вмс Ц~»caтpoaClltCМWМ~KAN...a:oDUi.~ М.ССО.wе~"lеП]ЮдW nep9pwa&IOТ t'OЯWIOIIO/КIUU9' ~ J ....,,, ... рр Ц~111C5oNollOA~c~ЛOilpWt1tQI R c.e..в.ul'OtlCI06IXN&l18QI v ~Cl10Np~p&39ЦON РУС J..iemp&aмw8I ~c~noqiwncw.~e'RlW080l'O ~NJOAПcpl·-· .llIOprl)'C8 х Cnauw>w<u~ ~M~3JX'ctpQAWC~IIOllJlimCМ, у Вwt'J)'ТWUlt'l'C:Jt!К*OroJIDНyalКJO.'\.п<lpll:JlтopcцlCCpn)'a rYP ......,..... ."""""""' " ...... ~- hc:croaюtc от торuа 11DрП)'(;8 .-0 аас.со8ОП) 3rrМ:X1])Qil&. мм ~ д.мк.ре,щ .... __ .... н1 0,75 с..... ... ..........,. у1 1.5 см1 1• 1 12.0 м1 J,O С.С..в.u~ L s.o LМ1 1• 1 ", 1 1 11Nп19 1УС 1 ' 1 1 1 1 1 1 Oco6cнttomt ti:DЖ1p)'XJ.INМ --- __ .... к.................. "-- Э&>ор- ~onopнunoiw:pl'.НOC'1'\.~ А ll 19.0 ..,,.,,.,..... .,._.... ~..,..,.."Ban&an" с 14 "" ....... - . ... ,__ ~~~"~onopмoft D " 12,7 ............ f 11 11.7 1-9 .. 2> ...... ~po~tle'U G 10 19,О -~- 16. .so ...... .... н 14 11,1 ~ ........,,......,.,.. s1 ... 7S Cn~eJrШ1.tNМW J 14 9.5 п-..._...... ..... _. .. .. . •.5.9.0. . 76 •• 379 Сt1ЩН11ЛWW1'1'еХ.... к 11 ............ Clk"Uткn.a'"'Вa.atN1:" AIUl~etuU· L 14 11.1 .. . 1i.o "'"~~ C'"8t AOOQ."l:l:WТ'Cll.wtWМ~ N 14 19,0 ,.,,,.. .,., .._ , 11 11.5 llowexo~i.WJlptJНCТOp R 11 19,0 J,6S • •JJ,%S.OW s 14 18.0 1 v 14 11,1 ....,.,.....,.....,,.,.... ........,,,,... w 18 ,,.,.,..,.... ~pnii.бwlJ,1 ... у 10 6) ...... 1.9 ~~....~~ z 10 11.5 .~~rtOllCpмocn.IDp'CJ)'U ~nu.""Вaz1Wi"c~pn"6w9,.Sю. Pll.)*,pDCl41U00'113 . . .. °"""'.,_........,,-.~- ммооА~l,3ш. Рмс. 10.9 . Маркировка свечеii 3ажмrания фирмы CHAMPION (АнrАиЯ) :э....,.оа ••"""" . . . JOl«.U•noapwт .....,...,.,.._.. __ ..,_ c.-uc~ ............................ ~ о1 R 4 2 •• °"""""- - L ,_... т ..,,.,.,,.. -J .I - 2._ """""' )(L т ~" ... ... .... . ........... 16 21 1 1XL1 s х Рис. 10.10. Мар11ировка свечей зажигания фирмы АС DELCO (CWA) .....,,..._ .. • 1 1.0 s1 1,) 61 1.5 •1 2.0 - -- 19,0 11,1 17.5 9.5 12.7 19,О 10.9 s ' 4 Авт01роника 97
Гмва :1.О ся не все перечисленные в табl\ице сведе~.1я, а толь­ ко самые пржциnиальные отли"ИI. Пустоты /J/1Я обо­ значения инфОJ)Мативных табличных блоков в марки­ ровке ИМlОрТНЫХ свечей ИСПОNoЗУJОТСR не всеrда. Данные по взаимозаменяемости отечествен­ ных и зарубежных свечей приведены в табл. 10.З. Таблица позволяет подобрать подходя­ щую замену любой свече зажиrания как на отече- 98 - ·"""""""" .....,,.,..." .......... R 4,S. 9k°"8 Х J.7S..ll.2S kON 11 1 ... ..,. ..,,,,,. .,,, ... .. тнn_... ....,,,.,...... Ni "" Обwчнu с Cu+NI Ni Cynq> N Cu+Ni Cu+Ni NJ-cnлu Иl.ОСНО8еНХUЦ Cu + NI- *д1WЯ ирдечwп:поqwт llfllZ.mo -apowod обо8ооаd 1с 62 д.-рро».бw, р....., ... т......... JС.ммwюо .. .. .. ··~ .... ........... 14 ZI - roptNU"" ...... JO 14 16 ,, о 12 18 F 14 16 42 ,2 " " 11 21 Cynq> 62 т 10 16 12 12 0--"°"'Р.....,,._ 96 .. - lбo>ooo/i ,..,..,..... L s 2 Дпмu~- ~~toRIN)'QI о.,,,,...,,...,,..._....,.,... М1ОМТОр413'1'0ре&l.8DрО)'Ц ....,,..... 12.1 11.2 ..... " 11,1 z cc:n+~yнu с 9) 1.а ,.,._,.. L 19 17) н 2S _,._. * ~ -ХМОА*А"'~ ~ClpnU"Qcчa 200 ....)'<><" о&..кu п 1200 Е l.11 . ),8 -х..-.- ...... о ),llt16oJrc. Рмс. 10.11. Маркмровка свечей и11111rан11я фмрмы EYQUEM (Францмя) д.-...,е...- P~nQAcr.oч.NN Ooo6e>atoon< ""'°""'""" " 18 2'.• с ...................... vc; ....._..~......._ ......... в 14 20,6м,,.20,1 F IConyatu оnо,р8Ц1 noкp!Ueocn. 8IOpff)'C4 w M""'JЖ"'I..,..._.~ с 10 c .... An•l'OМOЧ.Н.WlмtJ.WtН(цeanptJt~•~ю 16,0 о о 12 IВ.0 c.tu'llUМIOC..otioIOf.eml) х v.er.r.eнмwA s.uop NС*д)' 'М«fрt"11.НМ Е 8 IJ,0 J Д..~.i.u;-мek't})QtPCPfЦl&li11wюJtфopN" у V-oбpntUl~~~WltpOCllW с-1'1' 112" :u.a " Д..~)ntnpQ,IL' ........ АВ 11 20,6ннм10,8 т 1"/* ..........,.,,....,_ А.В. с-- вс " 16.0 о Чe:rwpc:~SМ:n)ICWI o.z ос 12 16.0 м Дпм...'fQtJIC*Ot'O ..:.нуц "10ltn0pll ll.S .,., . L IJollo,uooюe ..........,. ... .... ВМ-1' 1•.О р ~)ntnpQA.t•rwmtк- 1.М Дlt11J111'CМOIIOtO llCON)'Ц ~ •• ',,. , . . 11-J' 16,0 R T~~~~.,..cc.otoro N с- ..... -.-.....,, .. . ......... A'f 20 .1 s 06w"lllU~:М~ V·d!puиwll-_,,..., __ 1 v M.rl't]:IMU~Of'0~-"°1IO'JO·NЛ.~ ........ 1в11р11611Е 1s1-1 1 1 1 1 ..... ..,.....,,,.,..... JС.ммwюо_.., Дrlмиapdiw.NN ._... _ u С.ечас l10МpUIOC118oal pupuoм 1111И с .,..opnu"acчa Е 19.0 1н 12.1 ....._.... JIOCIQJIНllТeЛlollWМ иarpo8WW npoмnry1'llDI z 12.7npмcl&цeilAllКtte19.(J " ." 4 ЕН м ~pa1NepnoдlClllOЧl9 ... (рnб1. U8ЮJllleJl8 не JIO liDJWI) 09 0.11 L с- П1Ла Вantan"' • .. 1О 1.0 8wctynaJtнc ТСМО8О1'О J:ott)'C8 IПOll8ТOJl8" ВМ'f. 11.2 о щ р в.вм 11 1.1 --- IJ 1.] R lkrpoaoudп~pe')ИC'l'Op 14 В-ЕF. 12.0 "~ 10.11 " •• 1.• .................. в.вм ." с ", " 1.> 20 2.0 Рмс. 10.12. Маркмровка свечеii зажмrанмя фмрмы NGK (Яnонмн)
ственном, так и на импортном двигателе. В каче­ стве примера в табл. 10.3 в красной строке -при­ ведены все возможные замены для отечествен­ ной свечи зажигания А17ДВ . 10.6. Взаимозаменяемость свечей зажиrания На практике часто приходится заменять свечи од­ ного завода-изготовителя на свечи другого. Такая за­ мена возможна, если новые свечи соответствуют по тепловой характеристике, а также по размеру, шагу и длине резьбы на корпусе. • Длина резьбы на корпусе свечи зажигания должна соответствовать длине резьбы в головке бло­ ка цилиндров. Если резьбовая часть корпуса слиш­ ком Д11инная, то свеча выступает в камеру сгорания. При этом возможны повреждения поршней ; высту­ nающие в камеру сгорания витки резьбы закоксовы­ ваются, что может привести к невозможности вы­ вертывания свечи; свеча перегревается. Если длина резьбы свечи слишком короткая, то ее искровой промежуток находится внутри свечного от­ верстия головки блока цилиндров. В результате ухуд­ шаются условия воспламенения горючей смеси ; све­ ча не достигает температуры самоочищения и по­ крывается нагаром, что приводит к пропускам искра- Таблица 10.3 Автомобимные свечи зажиrания образования; нижние витки резьбы головки блока цилиндров закоксовываются. Короткую резьбу нель­ зя компенсировать снятием уплотнительного кольца, так как нарушается герметичность посадки свечи в головке блока цилиндров и свеча перегревается. Также не допускается установка дВ'JХ уплотнитель­ ных колец. Категорически запрещается установка под свечи зажигания удлиняющих трубок (футорок) . • При установке свечи зажигания другой моди­ фикации следует обратить внимание на величину ис­ крового промежутка, наличие или отсутствие смеще­ ния теплового конуса изолятора по отношению к тор­ цу корпуса, на вид опорной поверхности корпуса. Ес­ ли свеча подобрана правильно по перечисленным признакам, а двигатель эксплуатируется в техничес­ ки исправном состоянии, то обслуживание свечи сводится лишь к периодической проверке и регули­ ровке искрового промежутка между электродами по мере их естественного износа. Размер искрового промежутка свечи зажигания в первую очередь определяется величиной номинального вторичного напряжения на высоковольтном выводе ка­ тушки зажигания. В современных 311ектронных систе­ мах зажигания с цифровым программным управлением вторичное напряжение поддерживается постоянным на всех возможных режимах работы две и в 1,5...1,6 раза выше среднего пробивного напряжения для выбранной под данный двигатель свечи зажигания . ВзаимозамеНJ1емость свечей зажиrа11И11 отечественного и зарубежноrо nронзводства - BERU воsсн СНАМРЮN LODGI! КLО ~тoRCRAПj At1ТOl.IТ2 АС DELCO EYQUEМ МААЕШ NGK NIPl'ON DЕЖ:О Po<au г_.... Aнnnu США ~ Итапмt 11no.... мп 18-IOAU М\ОАС 016 ВТIО С16 CW2N А6 All 14-IOA WIOAC U6C CN f20 АЕ6 416 4SF CW4N 84Н W\4F.\J Al)H 14-7AU W9AC0 L90C FASO А47С 4)F CW)N вsнs А\48 14-88 W8ВС L92YC FS.11' АЕ42 27S 4)FS СЗ2S F7NC ВРЯ!S Wl4FP А14Д 14-8С WICC NSC НВLN FE70 AG) )94 44Х 60L CWSL BSES Wl6ES А14Д8 14-ID\J W8DC NllYC AGS2 ss 4)Xl.S C52LS CW6LP BPSES Wl6EP А17В 14-7ВU W7ВС Ll2Y CNY МТ6SР АЕ32 274 42FS C42S F6NC ВР6НS W20FP А17Д 14-7С W7CC N4C 111.N FE1S AG2 C44Xl cwu. В6ЕS А17ДВ 14-?DU . W7DC N9YC НLNY FE6SI', АОШ 53 42Xl.S C62LS F7LC В1'6ЕS W20EP А17ДВ.10 14-7D msF А17ДВР 14R-7DU WR7DC RN9YC A<JIU2C CR42Xl.S RC62LS F7LCR BPR6ES W20EPR А17В 14S-7F WS7F RCJ8Y CS42S ВРМ6А АЮД 14-6CU WSCC N7Y 2НLN FE8SP AG4 4ЖL CW7L B7ES W20ES А2] 14-SAU WSAC 1.В2С FE80 АЕ2 42J" С62 CW7N ввнs А238 14-SВ WЯIC L82YC 41XL CW8NP ВР7НS W22EP А26ДВ W)DC NS!IO SНLNY AG901RAC CW9L B9EV 99
Глава 10 • Уже отмечаюсь, что строгого соответствия междУ калильными числами для свечей зажигания разных фи~готовителей не существует. Из табл. 10.1 видно, что ряды калильных чисел совершенно произвольны. В рядах разнятся сами числа, их количество, их размерный шаг. Немецкие фирмы используют даже дробные числа. Направле­ ние возрастания калильного числа у разных фирм принято обозначать также по-разному. Россия, Франция, Япония используют возрастающий рЯД, от горячего до холодного состояния свечи. Германия, США и Англия - убывающий. Как следствие неодно­ значности калильных чисел, все таблицы взаимоза­ меняемости. в том числе и приведенная эдесь табл. 10.З, имеют рекомендательный характер. • Пос11е подбора свечей зажигания по табл. 10.З взаимозаменяемости их необходимо испытать на ра­ ботающем двигателе. Каllильное зажигание не долж­ но возникать пос11е пятичасовой езды на автомоб111- ле по автотрассе с примерно одинаковой скоростью (при нагрузке две. близкой к максимальной), а так­ же пос11е одного часа работы прогретого двигателя на холостых оборотах при постоянно включенном вентиляторе о~ения радиатора. В обычном случае калильное зажигание прояв­ ляется по детонации выключенного двигателя. Ее· ли двигатель не имеет отсекающего клапана в ка­ нале холостого хода или системы принудительного холостого хода, то после выключения двигателя i.oo ключом зажигания зажигание следует снова вк11ю­ чить через 2 ...3 с и удостовериться. что двигате11Ь вновь не запустился. В противном случае имеет место кали11ьное зажигание. Марка бензина при таких испытаниях должна со­ ответствовать рекомендациям эавода-иэготовитеllЯ автомобиля, а двигатель и его системы - не иметь явных дефектов. ПОС11е каждого такого испытания свечи необходимо вывернуть из гнезд и тщательно осмоrреть. Правильно подобранные и нормально работающие свечи по внешнему виду внутренне~~ части должны сооmетствовать рис. 10.5 , а. • При работе современного двигателя от систе­ мы впрыска с турбонаддувом. когда степень сжа­ тия не менее 10, свечи зажигания имеют увеllИ­ ченный зазор (1,1..• 1.З мм) и обладают хорошим теплоотводом (холодные свечи). При этом свечи работают совместно с электронной системой зажи­ гания. которая имеет повышенный запас по вто­ ричному напряжению (1,5••• 1,7). В таком случае свечи зажигания должны быть более устойчивы к высокому напряжению пробоя и к высокой темпе­ ратуре. Электроды таких свечей, как правило, би­ металлические, т.е. медные с хромоникелевым по­ крытием или платиновые. а наружная часть изоля­ тора - обязательно гофрирована ребрами. Заме­ нять такие свечи можно только на абсолютно ана­ логичные (той же модели).
=Глава одиннадцатая============= АВТОМОБИЛЬНЫЕ КАТУШКИ ЗАЖИГАНИЯ Катушка зажиrання - о6язатеJ1ЬНый компонент lll06oй автомо6н11Ьной э11ектронскровой снств­ мы зажиrання. по конструктивному нспоl\НеНню катушкн зажиrання НСКl\Ю'IНТеJIЬНО разнооб­ разны. Помнмо катушек стаl\Н часто прнменяться н трансформаторы зажиrання. Опнсанню paз­ llJIЧНЬIX современных катушек н трансформаторов зажиrання посвящена настоящая rмва. 11.1 . Общие сведения В наиболее распросrраненных системах зажига­ ния с накоплением энергии в индУКТивности катушка зажигания представляет собой не только повышаю­ щий импульсный Трансформатор (или автотрансфор­ матор). но и накопитель энергии. • Как инщктивный накопитель энергии. катушка зажигания должна обладать определенной вмести­ мостью магнитного поля, которую называют ИНдУК· тивностью катушки. д/1я уееличения индуктивности первичной обмотки катушки зажигания применяют ферромагнитный сердечник. Чтобы сердечник не на­ сыщался первичным током, что неизбежно приводит к уменьшению накапливаемой в магнитном поле энергии. магнитопровод делают разомкнутым. Это позволяет создавать катушки зажигания с ИНдУКТИВ· ностью nерВичной обмотки 5".10 мrн. при макси­ мальной величине первичного тока 3" .4 А. Такие па­ раметры катушки приемлемы для контактной бата­ рейной системы зажигания. так как в такой системе первичный ток не может быть выше 3" .4 А из-за бы­ стро прогрессирующей эрозии и обгорания контакт­ ной пары прерывателя (максимально допустимый ток разрыва на контактах - 5 А). В катушке с индуктивностью 4 =10 мГн при мак­ симальном токе 11 = 4 А и КЛД = 50% можно запасти электромагнитной энергии w. не более 40 МА/К (W. = 0.54 12). В первом приближении этого достаточно для ус­ юйчивого функционирования системы зажигания на всех режимах работы двигателя внутреннего сгора­ ния (ДВС). Но с повышением "оборотистости" двига­ теля и числа его цилиндров ток разрыва на контакт­ ной паре из-за большой инщктивности катушки не успевает достичь своего максимального значения 11 = Ui;/R1 = 4 А (UБ - напрЯжение в бортсети авто­ мобиля, R1 - сопротивление первичной обмотки ка­ тушки зажигания), и запасаемая в индуктивности энергия начинает быстро (по квадратичному закону) падать. При этом накопитель не дозарЯжается до расчетной величины и электродвижущая сила (ЭДС) самоинщкции во вторичной обмотке катушки зажи­ гания. а следовательно. и вторичное (выходное) на­ прЯЖение системы зажигания становятся меньше. Как следствие, коэффициент запаса по вторичному напряжению в контактной системе зажигания очень низкий (не более 1,2). Следует заметить, что увеличением инщктивности первичной обмотки катушки зажигания выше 10" . 11 мГн добиться повышения запасаемой энер­ гии в контактной системе зажигания не удается, так как при этом уееличивается время нарастания пер. вичного тока и на высоких оборотах две ток не успе­ вает достичь требуемого значения. При уменьшении инщктивности накопителя скорость нарастания пер­ вичного тока пропорционально растет. а активное со­ противление первичной обмотки падает. Таким обра­ зом. с уменьшением индуктивности первичной обмот­ ки можно увеличивать ток разрыва до 9". 1 0 А и уп­ равлять этим током, изменяя время накопления энер­ гии. При этом запасаемая энерrия возрастает до 80".100 МА/К. Все это становится возможным. если заменить контактную пару в первичной обмотке ка­ тушки зажигания на транзисторный ключ (электрон­ ный коммутатор). Теперь при достаточной избыточно­ сти энергии. накопленной в катушке зажигания. воз­ можно нормировать время накопления с целью под­ держания тока разрыва в строго заданных пределах. это обеспечивает стабилизацию параметров систе­ мы зажигания на всех режимах работы две. в том числе и облегченный пуск холодного двигателя при падении напряжения в бортсети автомобиля. • Рассмотрим катушку зажигания как повышаю­ щий импульсный Трансформатор. Катушка содержит две обмотки - первичную и вторичную, намотанные на общий сердечник разомкнутого магниюпровода, выполненного из магнитомягкой электротехнической стали. Первичная обмотка состоит из небольшого чис­ ла витков. а вторичная - из очень большого числа витков более тонкого провода. В системах зажигания с накоплением энергии в индуктивности первичная об­ мотка катушки зажигания подключается непосредст­ венно к бортсети автомобиля. При этом по ней проте­ кает ток, который наводит вокруг витков катушки маг­ нитное поле. Силовые линии этого поля. замыкаясь во­ круг катушки, пронизывают витки обеих обмоток. К моменту разрыва токовой цепи в магнитном поле ка­ тушки накапливается электромагнитная энергия Wk. Прерывание первичного тока 11 приводит к исчезнове- 101
rлава 2.1 нию магнитного поля и индуиированию в витках обеих обмоток ЭДС самоиндукции. Величина наведенной та­ ким способом ЭДС пропорциональна индукции запа­ сенного магнитного поля и скорости его исчезнове­ ния, а также числу витков в обмотках. Так как вторИч­ ная обмотка состоит из очень большого числа витков, то ЭДС, наведенная во вторИчной обмотке. достигает значительной величины (в современных катушках - до 35000 В), с избытком достаточной для пробоя ис­ крового промежутка в свечах зажигания . Наведенная ЭДС в первичной обмотке не превышает 500 В. Устройство и параметры конкретной катушки за­ жигания зависят от типа системы зажигания. в кото­ рой данная катушка работает. Рассмотрим особенно­ сти катушек различных систем зажигания. 11.2. Конструкция и параметры кnассической катуwки эажиrения катушка зажигания классической батарейной си­ стемы зажигания (рис. 11.1) представляет собой элекrрический автотрансформатор с разомкнутой магнитной цепью и с большой инщктивностью пер­ вичной обмотки. 8 Сердечник 2 катушки набран из пластин элек­ тротехнической стали толщиной 0,35•.• 0,5 мм, изолированных друг от друга окалиной или лаком. Иногда сердечник изготавливают в ВИде пакета из отрезков отожженной стальной проволоки. На сердечник надета изолирующая трубка 16, по­ верх которой намотана вторичная обмотка 4. Каждый слой вторичной обмотки изолирован ка­ бельной бумагой 5, а высоковольтные слои намо­ таны с зазором в 2 ••• 3 мм, чтобы уменьшить опас­ ность междувиткового пробоя. Первичная обмот­ ка 15 намотана на вторичную. Корпус 1 катушки штамnуется из листовой стали или вытягивается из алюминия. Внутри корпуса по его стенке уло­ жен наружный по отношению к обмоткам магни­ топровод 14, выполненный в виде свертка широ­ кой ленты из отожженной электротехнической стали. В электрическом отношении этот сверток представляет собой широкий ленточный виток во­ круг катушки. разомкнутый бумажной изоляцией и заземленный одной точкой на корпус. В магнит· ном отношении такой виток из отожженной сталь­ ной ленты является ограничивающим экраном для магнитного поля катушки. Соединение обмоток катушки следУЮщее: начало вторичной обмотки соединяется с выводом ВВ высо­ кого напряжения. Конец вторичной обмотки и нача­ ло первичной обмотки соединены междУ собой и под­ ведены к зажиму 10 (клемма "Бh) . Конец первичной обмотки соединен с зажимом 7 (клемма"-"), кото­ рый соединяется с прерывателем. 102 ® Рис.11.1. Катушка зажмrанмя КА&ссической конструкции: а - внеш1:1нй вид; б - катушка в разрезе; 1 - защитный кожух (корпус) 11атушки; 2 - центр&ьный стержень (сер­ дечник магнитопровода М); З - крепежная скоба; 4 - вто­ ричная обмот11а W2; 5 - междуслойная изоляция вторич­ ной обмотки (11абельная бумага); 6 - верхняя пластмассо­ вая крыш11а 11атуш11н; 7 - вывод 11онца первичной обмот11и (иемма • - " ); 8 - изоляционное гнездо центрального высо­ ковольтного вывода ВВ; 9 - фи11сирующий контакт высо110- волыного вывода; 10 - вывод нач&а первичной и 11онца вторичной обмото11 (мемма "Б"); 11 - электричес11ое со­ единение стержня с 11онта11том 9 (пружина и 11онта11тная П11астина); 12 - изолирующий теплопроводящий наполни­ тель (трансформаторное масло); 13 - один из вариантов соединения начала вторичной обмот11и со стержнем магни­ топровода; 14 - наружный магнитопровод (сверто11 магни­ томяr11ой стаАЬной Аl!нты); 15 - первичная обмот11а W1; 16 - изолирующая трубка; 17 - 11ерамическая изолирую­ щая опора; 18 - один из вариантов соединения нач&а вторичной обмот11и со стержнем магнитопровода.
Указанная последовательность соединений имеет место в катушках зажигания, которые работают без добавочного резистора. Вывод высокого напрЯжения из катушки зажи­ гания имеет оригинальное исполнение. Начало вторичной обмотки находится под высоким потен­ циалом и соединено с центральным стержнем 2 магнитопровода (точка 13 или 18 на рис. 11.1). Далее через стержень 2 и электрическое соедине­ ние 11 высокое напряжение вторичной обмотки посуУПает на контакт 9 центрального высоковолы· ного вывода 8 каrушки зажигания. Таким образом центральный стержень магнитопровода и намо­ танная на него вторичная обмотка являются высо· коволыной сердцевиной катушки зажигания и на· ходятся на достаточном, с точки зрения электри· '4еской прочности, удалении от корпуса. Чтобы сердцевина была жестко зафиксирована в корпу­ се, но не имела с ним электрического контакта, снизу установлена керамическая изолирующая опора 17, а сверху корпус завальцован пластмас­ совой изоляционной крышкой 6. Первичная обмот­ ка, как низкопотенциальная, но более нагреваю­ щаяся под действием первичного тока. намотана поверх вторичной и находитс'я ближе к защитному кожуху (корпусу катушки). Так как пустоты между корпусом и обмотками внутри катушки заполнены трансформаторным маслом (или другим теплопро­ водящим наполнителем) 12, то такая конструкция обладает не только достаточно высокой электриче­ ской и механической прочностью, но и хорошим теплообменом с •массой" автомобиля через за­ щитный кожух. Реализованные таким способом внутренняя элек­ трическая изоляция и естественное охлаждение ка­ тушки повышают срок ее службы и эксплуатацион­ ную надежность. Катушка зажигания крепится к кузову автомоби­ ля с помощью скобы 3. Надежное крепление способ­ ствует лучшему охлаждению катушки_ • Некоторые катушки зажигания работают с до­ бавочным резистором, который обычно устанавлива­ ют под крепежную скобу в керамическом изоляторе (рис. 11.2). Схема соединений обмоток в таких катушках изменена. так, общая точка соединения первич­ ной W1 и вторичной W2 обмоток соединена не с клеммой Б ("+" напрЯжения бортсети), а через клемму 1 с прерывателем("-" напрЯжения бортсе­ ТИ). При этом конец первичной обмотки выводится на дополнительную клемму ВК и далее через до­ полнительный резистор Ra - на клемму Б. Таким образом, добавочный резистор подключается к первичной обмотке каrушки зажигания последо­ вательно и обмотка рассчитывается на понижен­ ное напряжение 7 ..• 8 В. На рабочих режимах дви- АвтомобиАЬные катуwкм аажмrания гателя напрЯжение питания в бортсети автомоби­ ля составляет 12...14 В. Часть этого напряжения гасится на добавочном резисторе. На пус1ювых режимах двигателя, когда напрЯжение на аккуму­ ляторной батарее падает, добавочный резистор закорачивается вспомогательными контактами тя­ гового реле стартера или контактами дополнитель­ ного реле включения стартера (в зависимости от марки автомобиля), что обеспечивает первичной обмотке каrушки зажигания необходимое рабочее напрЯжение 7 ..• 8 В. Добавочный резистор обычно наматывается из константановой или никелевой проволоки. В по­ следнем случае он выполняет роль так называемо­ го вариатора. Сопротивление вариатора изменяет­ ся в зависимости от величины протекающего по не­ му тока: чем больше ток, тем выше температура на­ грева вариатора и тем больше его сопротивление. Величина первичного тока, потребляемого квтуш­ кой зажигания, зависит от частоты вращения ко­ ленчатого вала двигателя. При низкой частоте вра­ щения, когда сила первичного тока к моменrу его прерывания успевает достигнуть максимального значения, сопротивление вариатора также макси- Рмс. 1.1.2. Катушка 3ажмrанмя 5-115 с до6авочным ре3мстором: а - внешний вид; б - э11ектрическая схема катушки: Rд - добавочный резистор 1 Ом в керамическом изо11яторе; Б - клемма мя подачи напряжения бортсети; ВК - К11емма мя подКllючения замыкатеАЯ; ВВ - высоково11ьтный вывод; 1 - К/\емма мя соединения с прерывате11ем; 2 - корпус катушки; З - крепежная скоба ; 4 - магнитный экран вну· три корпуса. 103
мально . При повышении частоты вращения сила первичного тока падает, нагt>ев вариатора ослабе­ вает и его сопротивление уменьшается . Так как вторичное напрЯжение, развиваемое катушкой за­ жигания. зависит от тока разрыва в первичной це­ пи, то применение вариатора дает возможность снизить вторичное напрЯжение при малой и повы­ сить при большой частоте вращения вала двигате­ ля, что несколько уменьшает основной недостаток контактной системы зажигания - снижение вто­ ричного напрЯжения с увеличением частоты враще­ ния. Если добавочный резистор выполнен из кон­ стантана, вариационные свойства в нем не прояв· ляются . Добавочный резистор может также уста· навливаться отдельно от катушки зажигания . На 1-1е­ которых автомобилях, например, на автомобилях фирмы АвтоВАЗ, добавочный резистор в системе зажигания отсутствует, что обусловлено применен~+ ем аккумуляторной батареи с повышенными пуско­ выми свойствами, напряжение которой при пуске двигателя снижается незначительно. • катушка зажигания как повышающий транс­ форматор характери:~уется числом витков в обмотках . В зависимости от типа и назначения катушки число витков лежит в пределах 180••• 330 - для первичной и 18 000. . .26 ООО- для вторичной обмоток. Соответ­ ственно диаметр провода первичной обмотки - 0,53...0,86 мм, а вторичной - 0,07•. .0,095 мм. Ко­ эффициент трансформации - 55•..100 . Для катушек зажигания без добавочного резистора сопротивление R1 первичной обмотки - 2,9••. 3 .4 Ом. Если катушка зажигания включается в цепь питания через добавоч­ ный резистор, то сопротивление первичной обмотки уменьшают до 1,5.. .2 .1 Ом. При этом сопротивление добавочного резистора в зависимости от типа катуш­ ки - 0,9.. .1,9 Ом . Сопротивление R2 вторичной об­ мотки может составлять несколько десятков килоом . Значения ИНдУКТИВНОСТИ L1 первичной обмотки катуш. ки зажигания для систем зажигания с индУКТИВНЫМ накопителем энерrии находится в пределах 6 . . .11 мГн . В системах зажигания с емкостным нако­ пителем индуктивность первичной обмотки катушки зажигания не является накопителем энерrии, поэтому ее значение может быть значительно меньше (до 0.1 мГн). ИНдУКТИВНОСТЬ L2 вторичной обмотки состав­ ляет несколько десятков генри. • Катушки, работающие в контактных системах зажигания, обеспечивают следУЮщие выходные ха­ рактеристики : максимальное вторичное напряжение 18. ..20кВ; - скорость нарастания вторичного напряжения 200...250 В/мкс; - суммарная длительность фаз искрового разря­ да 1,1...1 ,5 мс; - энергия искрового разрЯда 15. ..20 мДж. 104 11.3. Катушки эажиrания электронных систем эажиrания В контактно-Транзисторных и Транзисторных 01С· темах зажигания прерывание первичного тока ка­ тушки осуществляется не контактами механического прерывателя, а силовым транзистором. При этом пер­ вичный ток 11 может быть увеличен до 10.. .11 А. Это привело к необходимости создания специальных ка'l}'­ шек зажигания с низкими значениями сопротивле­ ния и ИНдУКТИвности первичной обмотки и большим коэффициентом трансформации (см. табл . 11.1). • Длительное время катушки для электронных си­ стем зажигания изготовлялись с элекrрически разде­ ленными обмотками, т. е. с Трансформаторной свя­ зью. При такой схеме соединения одИн из выводов вторичной обмотки соединен с корпусом катушки, т.е . с ·массой" автомобиля. Считалось, что примене­ нием трансформаторной схемы включения обмоток можно избежать перегрузки выходного транзистора коммутатора дополнительным всплеском напряже­ ния , возникающим в первичной обмотке во время раэрЯДНых процессов во вторичной цепи системы за­ жигания. Это утверждение справедливо только тоr· да, когда корпус катушки имеет надежный контакт с "массой" автомобиля. Однако окисление этого кон­ такта, что довольно часто случается в эксплуатации, приводит к его нарушению. что становится причиной выхода из строя силового транзистора коммутатора . Поэтому в настоящее время катушки контактно-тран­ зисторных и транзисторных систем зажигания выпу­ скаются с автотрансформаторной схемой соедине­ ния обмоток. Первичная обмотка катушки в таких системах за­ жигания низкоомная и подключается к источнику пи­ тания, как правило, через выносной добавочный ре­ зистор. Иногда применяется блок из двух добавоч­ ных резисторов . Тогда один из резисторов включен постоянно и ограничивает ток в низкоомной первич­ ной цепи, а второй резистор выполняет роль доба­ вочного резистора, как и в классической контактной системе зажигания. • Катушки зажигания, рассчитанные для работы с транзисторным ключом, являются мощными поrре­ бителями элекrрической энергии . Следует помнить, что если на автомобиле . оборудованном электронной системой зажигания, выйдет из строя генераторная установка, то на аккумуляторной батарее можно про­ ехать всего несколько десятков километров, тогда как на автомобиле с контакТt1ой системой зажигания в аналогичном случае - сотни километров. • Катушки КонтакТtlо-транэисторных и транзис­ торных систем зажигания имеют классическую ко1+ струкцию и выполнены по традиционной технологии: они маслонаполненные, с разомкнутым магнитопро­ водом и в металлическом корпусе. От катушек кott
тактной системы зажигания они отличаются то11Ько обмоточными данными. Расход обмоточной меди у них по сравнению с катушками обычной контактной системы больше в 1,2••. 1 ,3 раза за счет увеличения диаметра провода первичной обмотки и увеличения числа витков вторичной. Выходные характеристики ка1}'1.Uек контактно-транзисторных и транзисторных а.1Стем зажигания близки к характеристикам кату­ шек контактных систем. Однако поС11едним они усту­ пают по скорости нарастания вторичного напрЯЖе­ ния (100•• •200 В/мкс) и, как Сl\едствие, более чувст­ ВИТеllЬНЫ к ВllИЯнию нагара на свечах. • В электронных системах зажигания высокой знерrии с нормированным временем накоП11ения (временем протекания первичного тока) применяют­ ся катушки зажигания, аналогичные по конструкции вышерассмотренным: они имеют автотрансформа­ торную схему соединения обмоток и разомкнутый магнитопровод. Но поскольку эти катушки развивают повышенное вторичное напрЯЖение при работе на открытую цепь (до 35 кВ), их высоково11Ьтная изоля­ ция усилена . Кроме того, при выборе параметров ка­ тушек д11Я современных элеКТронных систем зажига­ ния учитываются следУЮщие особенности работы этих систем: - д11Ительность импульсов первичного тока фор­ мируется таким образом, чтобы имел место минимум рассеиваемой мощности в катушке и на сИ11Овом транзисторе коммутатора; - время протекания первичного тока зависит от частоты вращения коленчатого вала двигатеl\Я и на­ пряжения питания ; - амп11Итуда импульсов первичного тока оrрани­ чивается на уровне 6,5••• 10 А в зависимости от типа :электронного коммутатора ; - при неработающем двигателе, но ВК11Юченном зажигании, ток в первичной обмотке катушки зажи­ гания не протекает. • Конструктивная особенность катушек зажига­ ния, применяемых в Э11ектронных системах с норми­ руемым временем накопления энергии , - наличие специального защитного Кllапана в высоковольтной крышке ИllИ в линии завальцовки крышки с корпу­ сом. Этот клапан открывается в С11учае увеличения давления масла, что имеет место при повышении его температуры. Срабатывание клапана - это аварий­ ная ситуация, возникающая тогда, когда выходит из строя система уnраВ11ения временем накоПllения знерrии в Э11ектронном коммутаторе. При этом ми­ тельность протекания первичного тока увеличивает­ ся, катушка СИllЬНО нагревается и даВllение масла внутри ее корпуса повышается. Срабатывание за­ щитного клапана предотвращает взрыв катушки . Но после этого катушка восстановлению не подl\ежит. Представите11Ьницей таких катушек ЯВllЯется катуш­ ка 27.3705, которая широко применяется в составе АвтомобмАЬНые катушки зажмrания электронной системы зажигания, например, на авто­ мобИllЯХ ВАЗ-2108, ВАЗ-2109. Эта катушка и подо& ные ей работают без добавочного резистора, а ста­ бИ11Ьные выходные характеристики системы зажига­ ния при пуске дВигателя (при снижении наnрЯжения питания до 6 .• .7 В) обеспечиваются за счет низкого сопротивления первичной обмотки (0,4...0,5 Ом). 11.4. Катушки зажиrания микропроцессорных систем эажиrания В современных микропроцессорных системах за­ жигания с накоплением энергии в индУктивности распределение высоковольтных импуl\ЬСОВ по све­ чам в ЦИ11Индрах дВигатеllЯ осущестВ11Яется без высо­ ково11Ьтного распределитеllЯ и чаще всего с приме­ нением дВухвыводных катушек зажигания. Такой способ иногда называют статическим распределени­ ем. Система зажигания с двухвыводными катушками пригодна д11Я работы на четырехтактном двигателе с любым четным ЧИСllОМ цИ11индров (2, 4 , 6 , 8 ••• ). На рис. 11.3 показана схема выходного каскада системы зажигания д11Я 4-х ЦИ11Индрового две. Чтобы чередование восnламенений тоП11ивовоэдушной сме­ си в ЦИ11индрах соответствоВЗ110 порЯдку работы дви­ гатеllЯ (1243 И11И 1342), первая свеча сгруппирована с четвертой, а вторая - с третьей . При таком соеди­ нении свечей •рабочие" искры возникают в ЦИllИнд· рах в конце такта сжатия, а ·хоюстые" искры - в конце такта выпуска. Ясно, что рабочие искры вое· nламеняют тоП11ивовоздУШную смесь , а хо11ОСтые - разрЯжаются в среде отработавших газов. • Первые двухвыводные катушки зажигания бы­ ли изготовлены на базе традиционных одновыводных катушек с разомкнутым магнитопроводом в маслона­ полненном метВ1111Ическом корпусе. Они имели увели­ ченные габариты и массу и значительно от11Ичались ~---------------А fV1 FV4 с=' Р11с.11.з. Схема и11зковоАЬn~оrо расnредеАения имnуАьсов высокого наnр11Жен11я с двумя двухвыводным11 катуwкам11: А - выходной каскад двухкана11ьноrо эtо.ектронноrо комму· татора; VТ1, VТ2 - транзисторы коммутатора; ТV1, ТV2 - катушки зажигания; FV1-FV4 - искровые свечи. 105
от прототипа по конструкции . Такие катушки не на­ шли широкого применения. Разработка новых полимерных материалов, обла­ дающих высокими дИЭ11ектрическими свойствами, позволила соЗдавать так называемые ·сухие" двух.­ выводные катушки зажигания . • Двух.выводная катушка зажигания (рис. 11.4) имеет разомкнутый мапнитопровод и двухсекцион­ ную вторичную обмотку. Вторичная обмотка располо­ жена сверХу первичной, что обеспечивает надежную изоляцию выводов высокого напряжения . Охлажде­ ние первичной обмотки - через центральный стер­ жень мапнитопровода, который высrупает наружу и имеет крепежное отверстие. Обмотки катушки про­ питаны компаундом и опрессованы полипропиленом, из пропилена выполнены также корпус, гнеЗда высо­ ковольТНЫХ И НИЗКОВО/\ЬТНЫХ ВЫВОДОВ. • В настоящее время все большее распростране­ ние получают трансформаторы зажигания, т.е . двух· ® 7 Рис.11.4. Авухвывод!tая каrуwкв 3аж11rа1111я с р83омк11уrым маr1111тоnроводом: а - внешний вид; б - ка1у1ш1а в разрезе; 1-маrниrопровод М с крепежным отверсtИеМ А; 2 - первичная обмоtка W1; 3-кор­ пус; 4 - вторичная обмоtка W2; 5 - высоково11Ьтные выводы; 6- заливка полипропиленом; 7 - НЦ10В011Ьтt1>1е выводы. 106 выводные катушки зажигания с замкнутым магнито­ проводом 1 (рис. 11.5). В таких катушках вторичная обмотка 3 имеет каркасную секционную намоn<у, позволяющую уменьшить вторичную емкость и уси­ лить изоляцию вторичной обмотки. Катушка имеет пластмассовый каркас 9, в который вмонтированы обмотки. При сборке обмотки заливаются эпоксид­ ным компаундом 8. Катушка в сборе с обмотками и выводами представляет собой монолитную конструк­ цию с высокой стойкостью к механическим, электри­ ческим и климатическим воЗдействиям. Сердечник катушки 1, набранный из тонких листов электротех­ нической стали, состоит из двух симметричных поl\0- вин, при стягивании которых в центральном стержне образуется зазор 0,3 . . .0,5 мм для некоторого увели­ чения индуктивности первичной обмотки повышаю­ щего трансформатора (см . поз. 7, рис. 11.5). Наличие замкнутого магнитопровода позволяет уменьшить габариты и вес катушки, повысить КПД ® 4з2 Рмс.11.5. Авухвывод!tая каrуwка 3ажмrа1111я с 3амк11утым маrнмrоnроводом: а - внешний вид; б - катушка в разрезе; 1 - замкнутый маrнитопровод М с воздушным зазором : 2 - первичная об­ мотка W1 ; З - вторичная обмотка W2; 4 - корпус (стяж­ ные элементы магнитопровода); 5 - высоковольтные выво­ ды; 6 - низковольтные выводы; 7 - воздушный зазор в uентральном керне магнитопровода; 8 - заливка катуш11и по11ипропМ11еном; 9 - пластмассовый каркас .
~бразования энергии, уменьшить расход обмо­ точного nровода и электротехнической стали, улуч. шить nарамеТрЫ искрового разрЯда, снизить Трудо­ емкость изготовления. • В некоторых модИфикациях микропроцессорных систем зажигания nрименяются четырехвыводные ка­ тушки зажигания, состоящие из двухвыводных кату­ шек, собранных на общем ~разном магнитоnрово­ де (рис. 11.6). В такой конструкции общим элементом является средний стержень магнитоnровода, а взаи~ ное влияние двух катушек друг на друга исключается с помощью двух возщшных зазоров б. Величина этих зазоров может достигать 1 ••• 2 мм, чем увеличивается магнитное соnротивление в магнитопроводе и дости­ rается развязка каналов. • Более распространенной является схема четы­ рехвыводной катушки с высоковольтными диодами (рис. 11.7), которая содержит дВе встречно намотан­ t-Ые первичные обмотки и одну вторичную. Поляр­ ность вторичного наnряжения определяется направ­ юнием укладки витков в первичных обмотках. Если в точке S (см. рис_ 11.7) напряжение имеет полож~+ тельную полярность, то открЫваются высоковольтные дИОАЫ VD1, VD4 и в соответствующих цилиндрах дв~+ гателя появляются искровые разрядЫ (рабочая и хо­ лостая искрЫ). Вторая первичная обмотка намотана в м + w; Рис.11.6. ЧетырехвывоД1tая катушка зажиrания с двумя возАуwнымн зазорами в маrииrоnровоАе: а - схема ВК/\Ючения катушки; б - э11ектрическая схема ка­ тушки; VТ1, VТ2 - транзисторы двухкана/\ьного коммутато­ ра; W1, W2 - первичная и вторичная обмотки; li - воздуш­ ный зазор; FV1-FV4 - свечи зажигания ; М - Ш-образный магнитопровод; N - соедините11ьное ярмо магнитопровода. Автомобимные катуwки зажиrания Рис. 11.7 . Электрическая схема ВК/\Ючения четырехвыводной катушки с ВЫСОКОВО/\ЬТНЫМИ диодами: VD1-VD4 - ВЫСОКОВОl\ЬТНые диоАЬI; А - ВЫХОДНОЙ каскад; 1V - трансформатор зажигания; остаl\ЬН>lе обозначения no рис. 11.6. обратном направлении, и nри nрерЫВании в ней тока полярность вторичного напрЯжения в точке S изме­ нится на отрицательную. При этом искровые разрЯДЫ возникнут в двух цилиндрах деигателя со свечами FV2 и FVЗ. Для исключения взаимного влияния первичных обмоток в период образования импульсов высокого напрЯжения к их выводам низкого напряжения nод­ ключены разделительные дИодЫ VD5, VD6 . • К общим недоСтаткам систем зажигания с двух­ и четырехвыводными катушками относится разнопо­ лярность высоковольтных имnульсов относительно •массы" автомобиля на спаренных свечах зажига­ ния. За счет этого nробивное наnрЯжение в свечах может отличаться на 1,5.. .2 кВ. • В системах зажигаt1-1я с накоплением энергии в емкости катушка зажигания выnолняет функцию только повышающего имnульсного трансформатора, ее габариты при этом могут бьгrь значительно умень­ шены. Это позволяет изготовлять индивидуальные катушки зажигания дЛЯ каждой свечи в отдельности и монтировать их непосредственно на свечах. Для та­ кой системы не нужны высоковольтные провода, ко­ торЫе являются источником радиопомех. Кроме то­ го, исключается холостая искра. Вторичное напряже­ ние несколько уееличивается и имеет только отрица­ тельную nолярность. что nродЛевает срок службы свечи зажигания. Для микропроцессорных систем зажигания с на­ коплением энергии в инщктивности выnускаются ин­ дИвидуальные одновыводные катушки зажигания с замкнутым магнитопроводом - так называемые трансформаторЫ зажигания (см. рис. 11.8). • Катушки, работающие в составе современных электронных и микропроцессорных систем зажига­ ния с накоплением энергии в инщктивности, обеспе­ чивают высокие выходные характеристики: максимальное вторичное напряжение до 35 кВ; - скорость его нарастания ~700 В/мкс; :107
rAaВaU - суммарная д11Ительность фаз искрового разря­ да 2,0.•• 2,5 мс; - энергия искрового разрЯДа 80...100 МДж. Высокий уровень вторичного наnрЯЖения и пара- метров искрового разрЯДа способствует выпо11Нению жестких требований, предъявляемых к современному автомобильному двигателю по экономичности и ток­ сичности. Повышение скорости нарастания вторично­ го напряжения делает систему зажигания менее чув­ ствительной к нагарообразованию на тепловом кону­ се искровой свечи. ОдНако при этом на 20.•• 30% воз- 1 6 Рмс.11.8. ОдJtовыводJtав .катушка (трансформатор) зажмrанмв: а - отечественноrо производства для систем зажигания с накоплением энергии в индуктивности; б - производства фирмы BOSCH для систем зажигания с индуктивным накопи­ телем; 1 - свеча зажигания ; 2 - высоковоАыный вывод; 3 - многосекuионная вторичная обмотка W2; 4 - первич­ ная обмотка W1; 5 - сердечник магнитопровода М; 6 - низковОNoтный вывод; 7 - наружная заливка поАипропиАе­ ном ; 8 - изоАяuионный каркас для вторичной обмотки . 1.08 растает пробивное напряжение на свечах, что объяс­ няется соизмеримостью времени формирования ис­ крового разрЯДа в свече со временем нарастания на ней вторичного напряжения. При большом запасе по вторичному напряжению это не принципиально. 11.5. Техническое обслуживание Катушка зажигания - достаточно надежный ап­ парат электрооборудования автомобиля, поэтому ее техническое обслуживание сведено к минимуму. • ПреЖде всего катушка должна быть чистой, как и другие высоковольтные элементы системы за­ жигания. Часто после мойки автомобиля Н81\Ичие влаги на крышке катушки зажигания является прич111- ной отказа пуска двигателя. Поэтому в тех случаях, когда влага может попасть в моторный отсек авто­ мобиля (мойка, доЖАЬ, Д11Ительная стоянка при повы­ шенной влажности воЗдУХа). перед поездкой необхо­ димо просушить или насухо обтереть высоковолы· ные элементы системы зажигания. Особое внимание следует обратить на вывод высокого напряжения ка­ тушки зажигания. Не вставленный до упора в гнездо катушки высоковольтный провод может привести к пробою изоляции . который обнаруживается по про­ гару крышки ИllИ выплавлению пластмассового по­ крытия (оболочки) корпуса. Если высоковольтный контакт в катушке почернел, но его изоляция не на­ рушена, контакт зачищают до блеска мелкой шкур­ кой, свернутой Трубочкой. Таким же образом следу­ ет обработать наконечник высоковольтного прово­ да. После зачистки убеЖдаются в плотной посадке провода в контактное гнездо. При необходимости на­ дежность контакта достигается увеличением шири­ ны прорези наконечника высоковольтного провода. --- ТР ~ W1 Рис.11.9. Переносной разрядник: 1 - разрядные шары; 2 - микрометр ; 3 - тефмновый лимб микрометра; 4 - изDАяционная подставка; 5 - кон­ тактные гнезда для подкмочения высоковDАыных прово­ дов; 6 - измерительная шкала микрометра; 7 - высоко­ воАыные соединительные провода разрядника; ТР - двух­ выводная катушка зажигания с первичной W1 и вторичной W2 обмотками; о - измеряемый зазор между шарами; Uп 0 - пробивное напряжение на выводах вторичной об­ мотки катушки зажигания .
Таб/\ица 11.1 Обесnечение надежного крепления каrушки к ку­ зову автомобиля nредУf1реждает nояеление механи­ ческих nоереждений и улучшает ее охлаждение. Кро­ ме того, в контактно-транзисюрных и транзисторных системах зажигания с каrушками тиnа 6114, 6116 , у которых обмотки имеют трансформаторную связь, предотвращается выход из строя силового транзис- тора коммутатора. . • Неисnравность каrушки классической конструк­ ции можно обнаружить внешним осмотром с nосле­ дУЮщей nроверкой ее работосnособности •на искру". Внешним осмотром могут быть найдены трещины и 31\ектрические nрожоги на крышке вокруг высоко­ ВО/\ЬТного вывода. Для nроверки каrушки "на искру" отсоединяют центральный высоковольтный nровод от распределителя и расnолагают его на расстоянии 5••• 10 мм от корnуса двигателя. Затем стартером прокручивают коленчатый вал двигателя и наблюда­ ют за искрообразованием в зазоре междУ наконеч­ ником ВЫСОКОВО/IЬТНОГО nровода и "массой". в кон­ тактной системе зажигания проверять искрообразо­ вание можно без вращения коленчатого вала. Для этого снимают крышку распределителя и устанаВllИ­ вают контакты прерывателя в замкнутое состояние. Затем, ВКNОЧИВ зажигание рычажком прерывателя IW-1 ротором распределителя. размыкают и замыкают контакты. Бесnеребойное искрообразование свиде­ тельствует об исnравности каrушки зажигания. • Двухвыводные каrушки зажигания микропро­ цессорных систем и электронных систем зажигания высокой энергии f1ЮВеРЯIОТ ·на искру" с nрименени­ ем сnециального nереносного разрядника (рис. 11.9). Это делается для тоrо, чтобы не получить трав­ му или не вывести из строя электронные nриборы на автомобиле. С nомощью разрядНика можно доста­ То'+tо точно измерить вторичное напряжение Unp на 11юбой каrушке зажигания. Размер зазора ме_жду шарами разрядНика nочти линейно зависит от прило- АвтомобмАьные катуwкм зажмrанмя Прм1о\8Ю1811ОСТ1 женноrо к ним наf1>ЯЖения в момент nояаления ис­ кры (см. график на рис. 11.9). При отсутствии искры в зазоре междУ корпусом двигателя и наконечником nровода, отсоединенного от центрального вывода распределителя, или междУ э11ектродами разрядника nроверку каrушки заверша­ ют измерением соnротивлений обмоток. Если изме­ ренные значения сопротиВ11ений соответствуют нор­ мальным (см. табл. 11. 1), а высоковольтной искры не возникает, то в каrушке может иметь место высо­ КОВО/\ЬТНЫЙ (неконтролируемый простым способом) пробой изоляции междУ витками или на корnус. Та­ кая неисправность может быть обнаружена только на сnециальном исnытательном стенде. В любом слу. чае каrушка зажигания, в которой обнаружены неис­ nравности, не ремонтируется и nодлежит замене. • В заК11ЮЧение следует отметить, что nри наnи­ сании настоящей главы исnо/\ЬЭО8Эl\аСь, в основном, информация no отечественным каrушкам зажига­ ния. Что касается каl}'Шек зажигания имnортных ав­ томобилей, то они имеют очень схожие nараметры и конструктивные nоказатели, так как рассчитываются и изготоВ11Яются no совершенно аналогичным прин­ ципам. Отсюда ясно. что замена импортных каrушек зажигания отечественными возможна и вполне Дf>­ nустима . Следует только иметь ввидУ. что каrушки за­ жигания от разных тиnов систем зажигания не взаи­ мозаменяемы. Наf1>Имер, батарейная каrушка зажи­ гания не будет работать в э11ектронной системе и на­ оборот - их параметры совершенно раЗ11Ичны. При замене катушки зажигания на ее место nод­ бирают каrушку со схожими рабочими параметрами, которые не должны отличаться более чем на 20••• 30%, а сами каrушки должны иметь одинаковое конструкtивное исполнение. В табл. 11.1 в качестве примера желтой строкой выделены nараметры взаимозаменяемых каrушек зажигания. j,09
=Глава двенадцатая============== ФАРЫ СОВРЕМЕННЫХ ЛЕГКОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ Фронrа11ЪНые фары современных легковых автомобилей исключитеl\ЪНо разнообразны как по конструкции, так и по внешнему ВНАУ· Но их формы, размеры, цвет и светнность обязательно отвечают строrим меJl(АJнароАНЫМ правилам. С созданием НО1JЫХ моделей автомобилей с обтекаемой формой переАНей части кузова появилась нео6хОАИНОсть в разработке и освоеннн выпуска новых конструкций фронтальных фар. Нх оnисанию посвящена АаННаЯ глава. 12.1 . Универс811ьные автомобипьные фары Фара - это электрический фонарь в передней части автомобиля, предназначенный для освещения ввтодороги в темное время суток. Такой фонарь мо­ жет быть выполнен как ламnснJ>ара ИJ\И как фара со сменной электролампой. В настоящее время наибо­ лее распространены фары второго типа. По функциональному назначению левая и правая фары совершенно идентичны, но их конструктивное исполнение неодинаково и поэтому они, как nрави­ ю, не взаимозаменяемы. • Прежде фары имели конструкцию f1ЮСТого од· нолучевого электрического фонаря, в состав которо­ го входили сферический отражате/\Ь с зеркальным покрытием, круглое гладкое защитное сrекло и обыч­ ная электролампа накаливания мощностью 20...30 Вт. Позже. когда скорости движения автомобилей возросли до 100 км/ч и более, отражатели в фарах стали параболическими, а электролампы более мощ­ ными (до 100 Вт). Фронтальный свет стал более яр­ ким, бо11ее узким и более "далеким", а значит, ибо­ лее неблагоприятным (слепящим) для водителей всrречного автотранспорта. Свет фар стали разде­ лять на да/\ЬНий и ближний. В простом варианте для этого достаточно устано­ вить впереди автомобиля четыре фары - две для дальнего и две для ближнего освещения дороги. Фа­ ры ближнего света устанавливаются поближе к габа­ ритным фонарям, а дальнего - к центру автомобиля. Но четыре фары - это двойная цена за "правиль­ ный свет· и своеобразный дизайн передней части автомобиля. Не каждому покупателю это нравится. • Были разработаны двухлучевые универсаль­ ные фары. Первые из них оставались круглыми, но со време­ нем круглые универсальные фары стали заменяться nрямоугольны.1и, которые отличаются лишь тем, что верТИКа/\ЬНЫй размер их отражателя нескО/\ЬКо усе­ чен, а горизонтальный - увеличен. В универсальной фаре используется одна электро­ лампа, но с дsумя нитями накаливания. Электронити 1.1 .0 помещаются в общую вакуумную колбу лампы и раз­ носятся друг от друга на строго определенное рассrо­ яние. Этим достигается необходимое положение двух точечных источников света в параболическом отражателе фары относительно его оптического фо­ куса. Первая нить накаливания для дальнего света устанавливается в центральном фокусе отражателя и по оси свечения экранируется светонепроницае­ мым диском. Вторая электронить формирует направ­ ление 11уча ближнего света. И чтобы этот луч не сле­ пил, его нужно наклонить вниз ниже уровня глаз во­ дителя всrречного транспорта, находящегося на уда­ лении 50 м, а также отвести его в сторону правой обочины на некоторый угол. Осуществить такую пе­ реориентацию светового луча в универсальной фаре можно четырьмя с:nособами (рис. 12.1): а) Смещением н\dти накаливания из фокуса пара­ болического рефлектора вперед (луч расширяет­ ся, см. рис. 12.1, а) и вверх (луч наклоняется вниз, см. рис. 12.1, б), а также в11ево (луч развора­ чивается вправо, см. рис. 12.1, в). С таким смеще­ нием нити ближнего света изготавливаются электро- 11Вмnы по американскому стандарту. Световое пятно от фары ближнего света на контрольном экране nо­ лучается таким, как показано на рис. 12.2 . а. б) Смещением нити накаливания вперед с уста­ новкой под ней теневого экрана (луч, отраженный ТО/\ЬКО от верхней части рефлектор, наклоняется вниз, см. рис. 12.1, Г). Ранее этот способ применял­ ся при изготовлении электроламп для симметричного ближнего света. в) Срезом и11и разворотом левой части теневого экрана на угол а =15° (световой луч раскрывается вниз и вправо, см. рис. 12.1, д). Такой способ фор­ мирования луча применяется в фарах асимметрично­ го ближнего света по европейскому стандарту (рис. 12.2, б). г) Наклоном или разворотом отражателя фары в нужном наnра811еНИИ . Переориентация отражателей фар реализуется с помощью корректора их положе­ ния. На рис. 12.З показаны наибоrее распространен­ ные конс~и корректоров положения фар. СледУ­ ет также отметить, что отражатель (реф\ектор) совре-
Фары современных Аеrковых автомобИАей менtЮй автомобИ11ЬНОй фары помещается за защит­ Н>IМ фронтальным стекюм, которое исГ1О11ЬЗуется как окончательный оптический корректор световых лучей. lд Рмс.12.1. К поисменtю способов форммрсвамм11 11уча 6A11111ttero света: А - 11уч nри nО11ожении нити нака11ивания в фокусе отража­ те11я (сфокусированный 11уч): а - 11уч расфокусирован осе­ вым смещением ниnt вnеред (ААЯ однонитевых фар старой конструкции); б - расфокусированный 11уч, смещенный вниз nоднятием нити вверх; в - 11уч, смещенный вниз и вnраво nоднятием нити вверх и смещением 11/\ево (американский б/\ижний свет); r - 11уч, смешенный вниз теневым экраном под нитью (симметричный б11ижний свет); д - 11уч, смещен· ный вниз и вправо усечением с11ева теневоrо экрана под асимметричной нитью (асимметричный евроnейский б11иж­ ний свет); а', б'. в', r', д' - световые пятна на дорожном nо­ ютне; О - оптическвя ось парабО/\ическоrо отражате11я; Т - теневой экран под нитью нака11ивания; х - осевая 11и­ ния отражатеr.я; S - раскрыв Ауча; 11 - yrOI\ наК11она экрана. Рмс.12.2. Световое nитмо ма 1<онтро11ьном а11ране от фары 6Амжнеrо света: а - по американскому стандарту; б - no европейскому стандар1)'; L - осеввя 11иния отражате11я; О - центр световоrо пятна. а) тн б) в) м м r) Рмс.12.3. Корре11торы nо11оженм11 фар: а - механический корректор с натяжным троссиком ТН; б - корректор с rидронаrнетате11ем ГН; в - корректор с механическим упраВ11ением М от nО11ожения ко11ес; r - кор­ ректор с ЭБУ и Э11ектроприводом ЭП .
rАВва 12 12.2. Сnециаnьньае фары Со временем легковые автомобили сrали приоб­ ретать все бО11ее обтекаемую форму, чем достига­ лоа, уменьшение аэродинамического сопротивления движению на больших скоростях. Появились низкие "приземистые" автомобили, у которых передняя часть кузова (от бампера до капота) сrала очень уз­ кой, размещение фронтальных фар на которой сrало сложной технической проблемой. Автомобилестрои­ тельные фирмы решают эту проблему по-разному. • Есть системы фронтального освещения (напри­ мер, на японских автомобилях "Maida"; на америка~+ ских - " Pontiac") с поднимающимися из крыльев фа­ рами. дt.я подъема фар используется сервопривод. Система имеет то преимущество, что стекла фар боль­ шую часть времени защищены от воздейсrвия абра­ зивных частиц, мелких камней и дорожной грязи. Но из-за наличия фароnодъемников система обладает не­ досrаточно высокой эксплуатационной надежностью, кроме того поднимающиеся над крыльями фары явля­ ются некоторой помехой для обзора дороги. • Другое решение предложила немецкая фирма Hella. которая разработала эмипсоидные фары фронтального света (рис. 12.4). В таких фарах уста­ навливается удлиненный эллипсоидный отражатель, который может иметь малый диаметр. Это позволяет монтировать фары в узкую полоску передней части обтекаемого автомобиля. Световой луч, сформиро­ ванный эмипсоидным отражателем, корректируется сисrемой параболических зеркал на отражателе и фиксируется оптической линзой. Окончательная кор­ рекция светового луча реализуется оптикой защитно­ го стекла. Эмипсоидные фары изготавливаются от­ дельно для дальнего и ближнего света. Рнс.12.4. Эмнnсондная фара "Hella": 1 - рассеиваюшая Аинза; 2 - передняя часJь корпуса; 3 - задняя часJь корпуса; 4 - однони1евая rаАоrенная Аампа; 5 - цокоАь в АамподержаJеле; 6 - кон1ак1ная фишка с проводом; 7 - коррек1ируюший профиАь щража­ Jедя ; 8 - змипсоидный (уминенный) 01ражаrеАь; 9 - АИ· ния разъема корпуса фары ; 10 - корпус фары . 1.1.2 Недостатки таких фар - это сложная технО11оrия изготовления и, как следствие, высокая стоимость. • Фирма Lucas (Англия) разработала специаль­ ную двухлучевую фару с гомофокальным отражаrе­ лем. Это такой отражатель, в объемном пространст­ ве которого объединены воедино несколько усече1+ ных парабО11ических отражателей с разными фокус­ ными расстояниями, но фокусы которых помещены в общую фокальную точку. Гомофокальная фара мо­ жет быть узкой, изогнутой и асимметричной по отно­ шению к центральному направлению света. Это nо­ звОl\яеТ устанавливать ее на автомобиле с любой формой передней части кузова. Ее недосrатки те же, что и у эмипсоидной фары, а также то, чrо для изготовления многопрофильного отражателя требу­ ется специальная термостойкая пластмасса. • Современные круглые и прямоугольные фары с двухнитевой электролампой и с общим отражателем для дальнего и ближнего света в настоящее время начинают устаревать. Дело в том, что луч дальнего света от универсальных фар имеет нежелательно широкий горизонтальный раскрыв, а луч ближнего света за счет теневого экранирования - жесn<уЮ контрастную границу перехода от затемненного к светлому участку (см. рис. 12.2 , б). Такое освещение дороги нерационально. Дальний свет скоростного автомобиля дОl\Жен иметь узконаправленный, но дальнобойный луч, а ближний свет не дОl\Жен иметь контрастной грани­ цы. Контрасrность освещения дороги при высокой скорости движения автомобиля приводит к напря­ женному восприятию водителем дорожной ситуации. Глаза водителя быстро устают, а психика перенапря­ гается. Теперь разрабатываются фары с бО11ее раци­ ональным фронтальным светом и имеющие совре­ менный внешний вид. 12.3. Мноrофункциона11ь~ые фары Создавать фронтальные фары с малым размером по высоте и с эффективной светоотдачей можно с применением длинных эллипсоидных отражателей. Такие отражатели позВО11яют делать однО11учевые фары, как ближнего, так и дальнего света, малогаба­ ритными и помещать их за общим защитным стек­ лом. ПО11учается моноблок фронтального света. Же­ лание иметь на автомобиле моноблочную конструк­ цию фары продиктовано не только современным ди­ зайном, но и необходимосrью промывать и очищать защитное стекло на ходу автомобиля. Ясно, что это проще реализовать на стекле моноблока. В моноблоке размещаются не только фары, но и все остальные фронтальные фонари (габерит­ ные огни, противотуманные фары, указатели пово­ ротов). Таким образом, сам моноблок теперь ста-
Фары современных Аеrковых автомобиАей Рмс.12.5. Тройная фара "Вosch" ноеится многофункциональной nередней фарой . Такие фары в nоследнее время находят широкое применение. • Немецкая фирма BOSCH предложила так назы­ ваемую тройную фару (рис. 12.5), которая объединя­ ет в себе функtJИи дальнего, ближнего , стояночного и nротивотумажого света. Сбоку к такой фаре "nри­ стеrивается· или устанавливается непосредственно в моноблоке фонарь указателя поворота. Начиная с 1994 года такие фары (несколько измененных конст­ рукций) устанавливаются на автомобилях "Volkswagen · , • Audi", "Opel". Особенностью многофунКtJИональных фар являет­ ся то, что каждый из фронтальных фонарей имеет свой собственный. отдельный от других , оmический отражатель. Здесь больше не используются двухни­ тевые электролампы, а каждый отражатель рассчи­ тан с nомощью компьютера таким образом, чтобы наиболее полно соответствовать назначению данно­ го фонаря. Отражатель в фонаре ближнего света выполнен в ~щде разнопрофильных зеркал, каждое из которых ориентировано в нужном наnравлении. это nозволя­ ет использовать всю nоверхность отражателя (а не половину, как в обычных универсальных фарах) и от­ казаться от теневого экранирования. При этом ос- 1\еП/\еНИе встречного водителя уменьшается на 30%, а яркость освещения дороги увеличивается на 20%. Для многофункциональных фар разработана новая галогенная однонитевая электроламnа Н7 (фирма HELLA). Эта лампа более надежна. так как потребля­ ет меньше электроэнергии (45 Вт), чем ее nрото­ тип - ламnа Н1 (55 Вт). В описываемой тройной фаре ламnа Н7 использу­ ется для дальнего и ближнего света. В фонаре про­ тивотумажого света установлена лампа Н1 nрежней конструкции. • Для автомобилей высокого nотребительского класса многофунКtJИональные фары изготавливаются с nрименением всех известных сnособов повышения эффективности фронтального освещения. Фирма ВОSСН 8Ь11ускает новые фарные моноблоки "Utronic" (Utronc - в nереводе с нем . означает • свет с элек- тронным управлением"). внешний вид моноблока по­ казан на рис. 12.6. В его конструкtJИю входят: а) фонарь дальнего света с галогенной лампой 6 типа Н7 (45 Вт) или НВЗ (60 Вт) и со сплющенным nа­ раболическим отражателем 9; б) фонарь ближнего света 4 с газоразрядной лам­ nой 5 тиnа D2S (35 ВТ), с эмипсоидным малогабарит­ ным отражателем и с рассеивающей линзой: в) nротивотуманный фонарь с галогенной лампой нз , с миниатюрным параболическим отражателем и с рассеивающей линзой; г) ламnа 10 габаритного огня (5 Вт). установлен­ ная в отражате11е 9 дальнего света; А) фонарь 1 указателя nоворотов, который уста­ новлен на корпусе 8 фары сбоку и закреnлен сnеци­ альными пластмассовыми замками; е) корректор положения блока отражателей с электронно-управляемым электроприводом (поз. 13); ж) съемное защитное стекло З с корректирующей оптикой для ближнего и без оmики для дальнего све­ та (устанавливается в nластмассовом корпусе 8 мо­ ноблока на пружинных фиксаторах). Фары "Utroпic" имеют несколько модификаtJИй. Так, фара "Litroпic-Bosch" О 301047 202, блок отра­ жателей которой показан на рис. 12.7 , разработана специально для автомобиля "Audi-AВ ". Она снабжена 2 " Рмс.12.6. Мноrофун1ЩмоиаАы1ая фара "Lltronlc": 1 - фонарь правого указатеАя поворота: 2 - Аампа фона ря (21 Вт); 3 - защитное (фронтВ11ьное) стемо монобАОка ; 4 - эмипсоидный отражатеАь фонаря бАижнего света ; 5 - газоразрядная ммпа (35 Вт); 6 - гаАогенная Аампа (45 Вт): 7 - резиновое обрамдение защитного стема; В - пАастмассовый корпус монобАока; 9 - парабоАический от­ ражатеАь фонаря даАьнего света ; 10 - Аампа габаритного огня (5 Вт); 11 - ЭАектронное устройство управАения; 12 - высоковоАыный бдок зажигания мя газоразрядной Аампы; 13 - установочное место мя корректора поАожения отражатеАей . 1.1.З
rAUa12 корректором по/\Ожения отражате11ей, Э11ектронным б/\ОКОМ уnра811еНИЯ и прибором ВЫСОКОВОl\ЫНОГО за­ жигания д/\Я газоразрядной лампы (см. рис. 12.6). Эти устройства устанаВ11иваются для каждой фары в отде11Ьности на ее nластмассовом корпусе . • Газоразрядная лампа - это новый компонент в современной фаре. Светоотдача газоразрядной лампы в три раза выше по сравнению с галогенной лампой той же мощности. Очень интересным и важным новым качеством фонаря б11Ижнего света на газоразрядной лампе яв­ ляется тот факт, что он ИЗ11учает свет, б11Изкий к спе­ ктру СО/\Нечного 11уча. Такой свет позволяет форми­ ровать с помощью многопрофИ11Ьного отражате/\Я световое пятно на автодороге без контрастной гра­ ницы перехода от свет/\Ого к темному. Это делает фару б11Ижнего света еще 6о11ее со­ вершенной, так как активная безопасность движе­ ния автомобиllЯ в ночное время повышается. Все составные компоненты фары м Lltronic" (за­ щитное стеК/\О, Э/\ектролампы , э11ектронный б11ок уп­ равления и коррекции, прибор зажигания) можно за­ менять по отде11Ьности и перестаВllЯТЬ из одной фа­ ры (кроме стекла) в другую . • В самое последнее время А11Я многофункцио­ на11Ьных фар разработан фронТа/\ЬНЫй фонарь даль- Рмс.12.7. 6Аок отражатеАеii фары мLltron1c• ААЯ аатомо6мАя~Аud1-А8•: 1 - фара бАижнеrо света (БС); 2 - опора для водиАа кор­ ректора поАожения бАока отражатеАя; 3 - направАяющая для винта ручной подстройки поАожения бАока отражатеАЯ ; 4 - эмипсоидный отражатеАь фары БС; 5 - держатеАь га­ зоразрядной Аампы; б - Аитье основания (сиАумин); 7 - патрон rаАоrенной Аампы для фары даАьнеrо светв (АС); 8 - вентиАяционная щеАь для rаАоrенной Аампы АС; 9 - парабОАический мноrопрофиАьный (rомофокаАьный) отра­ жатеАь фары АС из термостойкой ПАастмассы; 10 - мноrопрофиАьное покрытие зеркаАьноrо отражатеАя фары АС; 11 - корректирующие поверхности отражатеАя АС; 12 - фара противотуманного м допоАнитеАьноrо даАьнеrо света ; 13 - фиксирующая Аинза фары 12; 14 - рассеива­ ющая Аинза фары БС . 114 4 5 в 7 в Рмс.12.8. Фомарь даАьнеrо света со светоаодом: 1 - корпус фонаря; 2 - поворотная опора для световода ; 3 - световод (стеКАовоАоконный жгут); 4 - эАектроАампа ; 5 - 6Аок оптических Аинз, формирующих световой Ауч; б - линза торца световода ; 7 - фиксатор опоры ; 8 - входная аперуура световода . него света с применением стеК11ОВО11оконной оптики. Одна из возможных конструкций такого фонаря по­ казана на рис. 12.8. Торец световода по11Ируется по форме рассеива­ ющей 1\ИНЗЫ 6, и реф11ектор отражате11Я практически не нужен. Это позво11Яет делать фару очень Ма/\ЬIХ размеров (с диаметром менее 50 мм) . Второй осо­ бенностью фонаря со стеК11Ово11Оконным жгутом 3 яВ11Яется то. что Э11ектролампа 4 находится вне объе­ ма корпуса 1 фары. Теперь корпус, отражате11Ь, рас­ сеивающая llИНза, защитное стеК/\О и все прочие де­ тали фары могут изготоВ11Яться из пластмассы. Ма- 1\Ые размеры позволяют создавать многофункцио­ На/\Ьные моноб/\Оки фронтаNoных фар 1\Юбой конфи­ гурации. а распО11оженная вне отражате11я фары Э/\е­ ктроламnа бО11ее не яВllЯется источником теnлового ИЗ/\учения . ИСПО/\ЬЗОвание в стеКАОВОl\ОКОННОМ фонаре газо­ разрядной Э/\ектролампы делает 11уч даNoнеrо света наиболее оптимальн ым . 12.4. Эnектропемnы А"Я ввтомобиnьньtх q»ep До недавнего времени в качестве источника света в автомобИllЬНых фарах примеНЯllИСЬ ТОl\ЬКО электро­ лампы с нитью накаливания. Самые простые из них - лампы с одной нитыо в кО11бе СИ11Икатного стекла, из которой откачан возщх. Нить накаливания изготавли­ вается в виде спирали, навитой из 80/\Ьфрамовой про­ ВО/\ОКИ. Концы нити привариваются микросваркой к фиксирующим стойкам из никеля, которые одновре­ менно являются э11ектрическими выводами. Основным светотехническим параметром 11Юбой З11ектролампы яВ11Яется так называемая световая от­ дача, которая характеризует фотометрический КПД лампы. Светоотдача измеряется в 11Юменах светово-
Фары современных Аеrковых автомобиАей го потока, приходящихся на один ватт Эl\ектрической мощности, потреб11Яемой лампой. Светоотдача 80/\Ь­ фрамовой нити накаливания. помещенной в вакуум­ ную колбу из силикатного стекла, не превышает 20 лм/Вт. • В настоящее время обычные лампы накалива­ ния применяются в основном в сигнальных наружных фонарях мощностью не бО/\ее 25 Вт. В современных универсальных фарах устанавливаются двухнитевые Э11еКТРО11ампы (рис. 12.9). Их принципиальное ОТ/\И­ чие от маломощных ламп А11Я сигнальных фонарей со­ стоит в том. что обе нити накаливания устанавлива­ ются с очень высокой точностью по отношению к фиксатору на цоколе. Этим обеспечивается необходи­ мое А11Я универсальных фар строго определенное по­ южение нитей в оптическом отражателе фары. • Самыми эффективными из ламп с нитью нака­ ливания ЯВ/\яются так называемые галогенные лам­ пы. Галогенная лампа (рис. 12.10) - это миниатюр­ ная кварцевая цилиндрическая колба 7 (диаметр 10••• 17 мм, высота 16••• 34 мм), наполненная инерт­ ным газом в смеси с парами галогена, в их среду по­ мещена вольфрамовая нить (или нити З и 4) накали­ вания. В таком случае светоотдача вольфрамовой нити может быть повышена. В обычной лампе нака­ ливания вольфрам, испаряясь с поверхности нити при высокой температуре, оседает на внутренней стенке стеК11Янной колбы, что делает ее менее про­ зрачной и нарушает теплообмен КО/\бы с окружаю­ щим воздухом. Срок службы лампы быстро сокраща­ ется, и она перегорает. В галогенной лампе имеет место возвратный цикл, за счет которого ВО11ьфрам, осевший на стенках КО/\бЫ, возвращается обратно на нить накаливания. Значительного затемнения стекла не происходит на протяжении всего срока службы лампы. Для поддержания возвратного цикла Рис.12.9. Авухнмтевая 11амnа автомоби11ьноii фары: 1 - ЭАекJрический KOHJBKJ; 2 - усJановочный диск; 3 - ниJь да11ьнего свеJа; 4 - Jеневой экран; 5 - ниJЬ б11ижне­ rо света; б - ко11ба 11ампы; 7 - uоко11ь . температура нити дО/\ЖНа быть не менее 1400°С, а температура кО/\бы не ниже 700°С. При этом рассто­ яние от нити до стенки кО/\бы должно быть минималь­ ным. Этим объясняются Ma/lble размеры галогенной лампы и изготовление ее колбы из кварцевого стек­ ла. Переносчиком 80/\ьфрама в возвратном цикле может быть 11Юбой галоген, обычно йод или бром, или их соединения. Механизм переноса заключается в следующем. Сначала пары галогена, например, йо­ да, вступают в высокотемпературную химическую ре­ акцию с тонкопленочным вольфрамом, осевшим на кО/\бе. Образуется йодистый 80/\Ьфрам Wl2 • который тут же испаряется с горячей поверхности стекла. Со­ прикасаясь с сильно разогретой ВО11Ьфрамовой ни­ тью, йодистый 80/\ьфрам снова разлагается на пары йода и вольфрам. Пары йода возвращаются к менее нагретой поверхности колбы, а вольфрам оседает на более горячей поверхности нити накаливания. Опи­ санный возвратный цикл защищает нить накалива­ ния от перегорания, что позВО/\яет повысить ее ра­ бочую температуру до З500°С. Светоотдача лампы увеличивается более чем в полтора раза (до 30••• 35 лм/Вт). В этом заК11ЮЧается главное преиму­ щество галогенных ламп. Однако галогенная лампа по продо11ЖИТельности безотказной работы не превосходит обычные лампы накаливания. Это объясняется тем, что возвратный цикл в галогенной лампе исnО11ьзуется не А11Я Прод/\е­ ния срока ее службы, а д/\Я увеличения яркости све­ чения. И хотя вО/\ьфрам нити накаливания в возврат­ ном цикле частично восстанаВ11Ивается, но продол­ жительность наработки на отказ не увеличивается. Рис.12.10. К пояснению устройства и формирования иаnраВАения светоаых Аучей в двухиитевой кварцевой ruоrеиной ЭА8КТроАамnе: 1 - ЭАек1рокон1ак1; 2 - усJановочный диск UОКОАЯ: 3 - ЭАек1ронИJь дальнего све1а; 4 - элекJронить б11ижнеrо све­ Jа; 5 - Jеневой экран; б - Jеневой ко11пачок; 7 - кварце­ вая КОАба; 8 - uоко11ь; 9 - ОJражаJеАь фары: а - наклон­ ные 11учи б11ижнего све1а; б - прямые 11учи да11ьнеrо свеJа . 115
fАаВа12 Рмс.12.11. rа30ра3рАДН8А AIMna: 1 - ВЫСОКОВОl\Ь'IНЫЙ КОНJаКJНЫЙ разъем на ЦОКО/\е; 2 - ЦС>­ КО/\Ь; З - кварцевая 11Jубка; 4 - рабочая зона дамnы; 5 - СJержневой элекrрод дамnы в керамической 11Jубке: 6 - выссr коВО11ыный Jоковод в керамическом изо111поре; 7 - фиксаJор. При этом галогенная лампа стоит намного дороже обычной. Это является главным ее недостатком . Вто­ рой недостаток - высокая темпераJУра колбы, чем ограничивается использование галогенных ламп в пластмассовых фонарях. Галогенные, как и обычные электролампы с нитью накаливания, могут быть однонитевыми или двухни­ тевыми. В последнем случае нити дальнего и ближне· го света устанаВ11Иваются так, как показано на рис. 12.10 . Расположением нитей формируются лучи дальнего и ближнего света в универсальной (двухлу­ чевой) фаре. • Свободными от недостатков, присущих галоген­ ным лампам, оказались электрощговые газоразряд· ные лампы. Конструкция газоразрядной лампы. кото­ рую выпускает фирма BOSCH, показана на рис. 12.11 . Электрощговая лампа не имеет нити на­ каливания, чем объясняется исключительно продол­ жительный срок ее службы (более срока службы са­ мого автомобиля). Стержневые электроды 5 лампы помещены в продолговатую кварцевую трубку 3 с шарообразной центральной частью 4. Объем цент­ ральной части О,7 ...0,9 смз. Трубка наполнена инерт­ ным газом ксеноном. Ксенон выбран не случайно - его спектр свечения белый, со слабым зелено-голу. бым опенком. Такой свет наиболее эффективен, так как он близок к спектру со/\Нечных лучей. Электрод- 116 ные стержни лампы покрыты специальными галоге1+ ными соединениями (галогенидами), которые защи­ щают электроды от выгорания в электрической щге. В данной лампе восстанаВ11Ивается не метам (как вольфрам в обычной лампе), а галогенидовое покры­ тие на торцах электродных стержней. Такие лампы потребляют меньше электроэнергии, а значит. мень­ ше нагреваются и при этом обладают большей све­ тоотдачей (до 90 лм/ВТ). Так. газоразрядная лампа на 35 Вт светит ярче галогенной (на 55 Вт) - в два раза. Основной недостаток газоразрядной лампы - это инерционность ее возгорания, что совершенно недопустимо в автомобильных фарах. Чтобы газо­ разрядная лампа загоралась быстрее, на нее прихо­ дится подавать высокое (15••. 30 кВ) напряжение за­ жигания. Происходит кратковременный высоко­ ВОl\ЬТный искровой разряд при токе 2.5.. .З А. и меж­ ду электродами лампы мгновенно возникает электри­ ческая щга. Далее электронный блок управления ус­ танаВ11Ивает в щге ток 0,35••• 0,45 А и лампа начина­ ет работать устойчиво от преобразователя напряже­ ния 100 В/400 Гц при напряжении бортсети автомо­ биля 12 В. Газоразрядная лампа допускает импульс­ ный режим работы. что удобно при реализации мощ­ ных световых спеuсигналов. Если напряжение в бортсети резко падает, газоразрядная лампа может поrаснуть. но тут же зажигается вновь от электронного устройства зажигания. Необходимость применения высокоВОl\Ьтного за­ жигания является существенным недостатком при эксплуатации газоразрядных ламп. Во-первых - это повышенная опасность для че­ ловека. ,,,, ,,,., ,,,. , l1p11 Вt:lfPWJ'Nll фарw с ~рядноll NlltflrOil нео6КОА'fИО со6Nо.двrъ ,_,, ., JeKНlllrN 6. -. IJIJCНOCJW, Во-вторых, электрическая щга является интенсив­ ным источником высокочастотных радиопомех. В.третьих, высокое напряжение требует примене­ ния высококачественных иЭОf\Яционных материалов для цоколя лампы и для ламподержателя. И хотя сама лампа как источник света достаточно надежна, но ее наружные соединения и высокоВОl\Ьтные контакты потенциально содержат угрозу электроискрового про­ боя изоляции. Лампа при этом выходит из строя. В.четвертых, стоимость газоразрядной лампы в комплекте с электронным устройством управления и зажигания значительная. В настоящее время газоразрядные лампы приме­ няются в фарах только для автомобилей высокого потребительского класса. • Справочная информация [7] по фарным 12-ти вольтовым электролампам различной конструкции сведена в табл. 12.1 , и их внешний вид показан на рис. 12.12. При необходимости заменить электро­ лампу в фаре следует иметь в виду следующее. Поч-
Фары совремеиных леrковых автомобилей Таб11Ица 12.1 NI n/n fe"""""""oe оnмса- и Катеrорм ~ Тиn llECи обоэ118Чt111не nоЕЭК-RЗ7 S12'.'j5W 11неw- 111\д (а.. .-. 12.12) DCllOllН08- (rиn) no no rост ~ы ЕЭК 2023·90 1 1Од/1о<онтак1ная ФЭ11 дm1 фар де м БС СЩ>Ь11< Ю1С1])УЩИii R1 1 fP.,.~д.y;;..re ФЭJIWio унмоер(:Зs-..:-фар~дс=-м~БС,_--------+-~R2,,---,- Одноо<онп~rтная ranor...., в '811j) ЦО8ОЙ mл бе ФЭП дm 1 фар nc, бС •ед ~ranor...., в UЩJЦS8ОЙ колбе ФЭ11 дm1 фарДС м БС (фраiщэо:от~) Треххонтаmая доую;;iiiвая ranor8НlillЯ в mapueвoii колбе ФЭЛ дло Пj)ЯМО\'ГОllЬlо­ фарДС мБС 1 То88,"10МnООб,мос.,,...,...rюдо:wп;iё~фарЫ No1 ~-- """""""'"UЩJЦSВОЙколбеФЭЛ_дmо_фар~nс~.=БС~а-...-~--......-~-ю---+--Аналоrа --нет--+-РХ26. --1-2V-5SN--+------;; """""" 9 ТОЦ"10МПОЭ.В.мос~- ... -1д~11фардСI OOT. 12V .6WI 10 ТОD,чтомrюэ.9.модm1фарБС --~---+ ООТ. f;!V_~ 11 fieзнl!тellмrlЩJ83pl1Дttallcт"""'"""'""'.;;;;;;;;.~IJ:fГМФЭll c--- 1- - -0=1s - -- - . f'Кd85'1~35w Ni1Т IЫCOl<OllO/IЬ,_ __нaщone дmос:ое~-tНЫХмаnоrвберпныхфарБС (с 1991r1 02S Аналоrа нет Pd 85'1{J5W 3ЭN No12 (см рис. 12 11) (с 199'r.J D2Я Рd85'1/ЗООЗЭN(с - - 1996r.J -оо 1 2 R1 R2 Н1 Н2 нз Н4 Н4fТУ Н7 нвз Н84 015 02 Рмс:.12.12. Внеwммii вид э11е1<тро11амп (nрм11оженме к табА. 12.1) ти все фарные эt.ектролампы разрабатываются с ориентацией на вполне определенный тип фары. это означает, что цоколь лампы и его установочное креп­ ление могут быть различными даже АЛЯ одинаковых по мощности и конструкции электроламп. с другой стороны, лампы с совершенно раЗ11Ичными эt.ектри­ ческими и размерными параметрами могут иметь одинаковое установочное крепление. МеЖД}'Народ­ ные европейские правила и нормы ЕЭК R37 (Элект- ролампы) не рекомендУЮТ заменять лампы в фарах на лампы непредусмотренного типа, т.е. определен­ ному типу фары должна соответствовать вполне кон­ кретная категория (тип) электролампы. • В заключение следует отметить, что следую­ щим шагом на пути совершенствования источника света для автомобильных фар может стать малогаба­ ритный излучатель монохроматического поляризо­ ванного света.
= Глава тринадцатая МЕХАНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ВПРЫСКА ТОПЛИВА ДЛЯ БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (ГРУППА "К") Самой распространенной автотронной системой на борту современноrо лвrковоrо автомо61111Я явмrется снстема впрыска топлнва. Такне снствмы по конструктнвному устройству нскмочнтем.но разнообразны. Но все онн работают по общему прннцнпу - с рас,.,,.еннвм TOIJllНВa под АВВМНllвМ в поток всасывавмоrо В03АУХа. Прн ЭТОМ н КОJU1118СТВО TOIJJllf88, н колнчвство ВОЗАУХа постоянно контролнрувтся н АОЗнруется, чтобы нх соотношвннв в ТОIWIВDВОЗАJWНОЙ смесн, поступающвii в ЦНАИНАРЫ двwатвля, было бы нанболвв оптнМllАЬНЬIМ на всех режимах работы. Это о6еспвчнвавт двwатвl\Ю значнтвlllJIУю экономню топлнва, улучшвннв вrо АННВМНчвскнх параметров н характернстнк, уменьшвнне вы6роса токснчных ввщвств с выхлопнымн отработавшнмн rазамн. ПослflАУIОЩНв ОАНННВАЦаТЬ rлав (с :1.З по 23} посвящены опнсанню самых разнообразных снствм впрыска бензина н нх компонентов*• . 13.1 . Предваритеnьные эамечания Топливное питание бензиновых двигателей на со­ временных легковых автомобилях реализуется с при­ менением систем впрыска. Эти системы по принципу действия принято подразделять на пять основных групп {рис. 13.1): К. Мопо. L, м. D. 13.2 . Преимущества систем впрыска Тоnливовоздушная смесь (ТВ.Смесь) подается от карбюратора к цилиндрам двигателя внутреннего сгорания (ДВС) по длинным трубам впускного комек­ тора. Длина этих труб к различным цилиндрам двига­ теля неодинакова, а в самом комекторе имеет мес­ то неравномерность нагрева стенок даже на полно­ стью прогретом двигателе (рис. 13.2). Это приводит к тому, что из однородной ТВ.Смеси, созданной в кар­ бюраторе, в разных ЦИllИНдрах две образуются нео­ динаковые топливовоздушные заряды. Как следст­ вие , двигатель не отдает расчетную мощность, теря­ ется равномерность крутящего момента, расход топ­ лива и количество вредных веществ в ВЫХ/IОпных га­ зах увеличиваются. Бороться с этим явлением в кар­ бюраторных двигателях очень сложно. Следует так­ же отметить, что современный карбюратор работает на принципе пульверизации, при которой распЬlf\е­ ние бензина происходит в струе всасываемого в ци­ линдры возщха. При этом образуются достаточно крупные капли топлива (рис. 13.3, а) , что не обеспе­ чивает качественного перемешивания бензина и воздУХа. Плохое перемешивание и крупные капли об­ легчают оседание бензина на стенках впускного кол- •nepeA прочтением ПtВВ с О11НС8НМеtо1 ВВТОТронНЬIХ снсrем ВflРЫС· 1<В и их "°"'110Нентов цемсоо6разно о~ с работой АВWВrеля внутраннеrо сrорвния tAВCI. 1<В1< с о6ьектом ввтоматнческоrо упрВВ11еНИJ1[J7, JB/ (см. Прнложенне]. 1.1 .8 КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ 8nРЫСКА БЕНЗИНА 00 ГРУ11ПАМ ! Г1')'!1П8 "К" Мв~смстемы """'""""'- l>W""""'llnpыCQ томке~~~ ~до1989r. Гpynna "'Моnо" Сист-..~(QАНОТ""8'1- ~~~~ Jotronk:; Оре1 - Wtic; G- Мotora; ВАЗ). Дnя~ветомо- бмлейсреднеrо~ 1<118СС8. Гpym8"L • еист..... ~1...пуrо.аюrоl мюrоточечноrо вnрыска тоnnмва с -отЗБУ. ( L -JetrOOc:; LE - JelrO<'k; LН - Jetronic; ВАЗ). ~до2000r. гр)'!1П8 • м • c..cr..w8J'1)tlilcкa1'onnиu ~-L -""'*~ • <t > СТ 1 1В е ЭСАУ- Jr. (Мotronlc; L-Мolr<>nlc; Mono- Мotronic; F<lnlx; М""-'С; ВАЗ) ~-cжr-OЩ>WCQ. Гpym8°D 0 Сист- ~(~_,,)enpwacaт- неnос:редстмжо• -""""""'• IЦl)<ДО!'О-• ОТД1111ЬЖ)СТМС__..ОТ _бортоеоrо- ~noc:лe2000r. Рмс.13.1. Кмссмфмкачмя сметем впрыска 6емэмна •эСАУ·А - Э11е1<тронная система автоматического уnрав ле· ния автомобИ11ьным двиrате1оем .
Механические системы впрыска томива для бензиновых двигателей (группа "К") 4 Охол. D т~:пл. ГОРЯЧ. з Рнс.13.2. 2 лектора и на стенках uилиндров во время всасыва­ ния ТВ-смеси. Но при принудительном распылении бензина под давлением через калиброванное сопло форсунки частиuы топлива могут иметь значительно меньшие размеры по сравнению с распылением бен­ зина при пульверизаuии (рис. 13.3, б). Особенно эф­ фективно бензин распыляется узким пучком под вы­ соким давлением (рис. 13.3, в). Установлено, что при распылении бензина на ча­ стиuы диаметром менее 10...15 мкм его перемеши­ вание с кислородом воздуха происходит не как взве­ шивание частиu. а на молекулярном уровне. Это де­ лает ТВ-смесь более устойчивой к воздействию пере- Вnускноii комектор две н нерааномерность ero наrрева падов температуры и давления в uилиндре и длинных Рис. 13.3 . ФакеАы расnЫАенмя бензина: а - карбюратором (капли 100.. .120 мкм); б - центральной форсункой под давлением 1,1 бар (капли 50.. • 60 мкм) ; в - клапанной форсункой закрытоrо типа под давлением 5.2 бар (капли 20.• .зо мкм). трубах впускного комектора, что способствует более полному ее сгоранию. При этом, помимо качествен­ ного распыления и эффективного перемешивания бензина с ВОЗдУХОМ, леn<о получать более высокую точность их дозирования в ТВ-смеси на всех возмож­ ных режимах работы две. Таким образом, за счет применения системы топ­ ливного питания с впрыском бензина двигатели со­ временных леn<овых автомобилей не имеют недо­ статков, присуших карбюраторным двигателям, т.е. они более экономичны, обладают более высокой уде/\Ьной мощностью, поддерживают постоянство крутящего момента в широком интервале частот вращения, а выброс вредных веществ в атмосферу с отработавшими газами минимален. 13.3. Общие сведения о механических системах впрыска бензина Механические системы впрыска бензина изве­ стны давно. Еще в конuе тридuатых годов они при­ менялись в самолетных системах топливного пита­ ния. Это были системы впрыска бензина дизельно­ го типа с топливным насосом высокого давления (ТНВД) и с закрытыми форсунками для каждого uи· линдра в отде/\Ьности (см. главу 18). При попытке установки на автомобиль такие системы не выдер­ жали конкуренuии с карбюраторами из-за значи­ тельной сложности и высокой стоимости, продол­ жительность наработки на отказ также оказалась недостаточной. На автомобиль система впрыска бензина низкого давления была впервые установ­ лена западно-германской фирмой MERSEDES в 1949 году (на легковом автомобиле • Mersedes- 5300") и превзошла карбюраторную систему топ­ ливного питания по всем зксплуатаuионным пока­ зателям. С тех пор идея впрыска бензина для авто­ моби11Ьных две стала активно разрабатываться многими западными фирмами . Наиболее удачной, с точки зрения стоимости и эксплуатаuионной надежности, оказалась механиче- 1.1 .9
fАаВа13 екая система ·к-Jetronic" фирмы BOSCH (ФРГ) . Эта система бы/18 освоена серийным nроизводством в 1951 году и получИ11е широкое внедрение почти на всех марках европейских автомобИ11ей. Название системы ·к-Jetronic" составлено из трех сокращений: К - от нем. kontiniuerlich (непрерыв­ ность); jet - от англ. (струя); ronic - традиuионное окончание современных технических терминов. Со временем в группу ·к· стали включатЬСS1 все систе­ мы непрерывного впрыска бензина. По рекламным данным фирмы BOSCH, различных механических систем впрыска группы ·к· с 1951 г. по 1989 год выпущено более 50.ти мимионов. С 1989 года системы впрыске группы ·к· на новых мо­ делях автомобИ11ей не устанавливаются, им на смену пришли системы впрыска бензина с электронным уп­ равлением электромагнитными форсунками (см. гла­ вы 14• .. 19). Но дочерние предприятия фирмы BOSCH до сих пор продолжают выпуск компонентов механических систем на запчасти . На территории бывшего СССР эксnлуатируетсs~ около 150 тысяч импортных автомобилей выпуска до 1989 года, значительная часть из которых оборудо­ вана механическими системами впрыска . Система "K-Jetroп ic" устанавлива/\ась на следую­ щих автомобилях : " AUD I" : "Согре" ; 80; 90; 100; 100 TurЬo; Quattro: TurЬo Quattro. ·вмw· : серии 318: 320; 518; 520. "FERRARI": все модели, кроме Т-348. " FORD" : Capri; Escort: Orioп: Granada; Sierra. " LA NCIA" : Thema. " M ERCEDES" : серии 190; 230; 260; 280: 300; 350; 380; 420; 450; 500; 560. "P E UGEOT" : серии 504; 505; 604. "PORSCHE ": серии 911; 930; 924; 294 TurЬo . " RENAULT": R5 TurЬo; R25 V6, TurЬo; R30 ТХ. ·sддв· : серии 99; 900. ·voLVO" : серии 142; 144: 145: 240; 242: 244: 262; 264; 265; 740; 760i. "VOLКSWAGENo : Golf GТI; Jetta GT; Passat GLI ; Santana; Scirocco GTI. 13А. Функционапьные uодепи механических систем впрыска Система топливного питания, в которой бензин подается к форсункам закрытого типа под неболь­ шим давлением (не более 8 бар), представляет собой механическую систему непрерывного впрыска. На рис. 13.4 представлена функuиональная мо­ дель такой системы для одноUИ/\Индрового двигателя. Бензин из бензобака (ББ) с помощью электробензо­ насоса (ЭБН) нагнетается в замкнутое юпливное коль­ uо (3ТК), в которое входят: прямая бензомаrистраль 1.20 (ПБМ), подпорный накопитель топлива (ПНТ), фильтр тонкой очистки (ФТО), рабочие каналы дозатора-рас­ пределителя топлива (ДРТ) и обратная бензомагист­ раль ОБМ (на рис. 13.4 замкнутое топливное КО/\ЬUО окрашено в розовый uвет). Рс!бочее давление (6 бар) бензина в 3ТК устанавливается и поддерживается по­ стоянным клапаном обратного давления (КОД), за кото­ рым начинается обратная бензомагистраль (ОБМ) . К рабочей форсунке закрЫТОГо типа (РФ3) бензин подается по каналу (РК) под изменяющимся давлени­ ем (от 3,5 до 6 бар), величина коюрого управляется мембранным дифференuиальным клапаном (ДК) с поршне-щелевым вентилем (ПЩВ). сам вентиль пщв, включающИЙ в себя поршень У и калиброванную щель КЩ, с одной стороны управляется расходомером воз­ духа РВ (через систему рычагов Р-Z-ОТ), а с друrой (со стороны полости Х) - реrулятором управляющего дав­ ления (РУД) и дроссельным жиклером (ДЖ)_ Дозирование и распределение бензина в этой си­ стеме происходит в дозаторе-распределителе (ДРТ), а распыление - клапанной форсункой (РФ3) закрыто­ го типа. Дозатор-распределитель является гИдравли­ ческим фОрмирователем впрыска. Воздух (8) через воздушный фильтр (ВФ) и пневмомеханический рас­ ходомер воздуха (РВ) с воздушной заслонкой (83Р) расходомера поступает во впускной коллектор (ВК) с клапаном дополнительной подачи воздуха (КдВ) в байнасном канале (БК) с дроссельной заслонкой (ДЗ) и далее в предклапанную колбу (миксерную зону) впу­ скного коллектора (М3К) за счет поршневоrо всасы­ вания , когда впускной клапан двигателя (ВКд) от­ крыт . В системе, в основном, реализуетсs~ внешнее смесеобразование и частично - внутреннее . На рис. 13.5 показана модель механической сис­ темы непрерывноrо впрыска с распределением бен­ зина по четырем uилиндрам две. Когда бензин из замкнутоrо топливноrо кольuа (см . рис. 13.4) под давлением около 6 бар по прямому бензопроводу 1 поступает в дозатор-распределитель 2 (ДРТ), то поток топлива внутри распределителя растекается по рабо­ чим каналам, число которых равно числу UИllИНАРОВ две (на рис. 13.5 поз. 3, 4, 5, 6). Каждый рабочий канал заканчивается закрытой клапанной форсункой РФ3 (на рис. 13.5. позиuии а, Ь, с, d). Внутри каждой закрытой форсунки (см . гла­ ву 22) имеется подпружиненный запорный золотник, который открывается только при определенном дав­ лении (3,2 бар) и тем самым способствует интенсив­ ному распылению бензина через сопло форсунки. Так как рабочее давление бензина в дозаторе­ распределителе (около 6 бар) выше. чем давление срабатывания (открывания) форсунки (3,2 бар), то можно считать, что все форсунки при работе дви­ гателя практически всегда открыты. Однако надо помнить, что реальные форсунки моrут работать и в вибраuионном режиме за счет противодействия
Механические системы впрыска TOJWtВa ААЯ бензиновых двмrателей (rpynna "К") возвратной пружины запорного клапана форсунки. При этом бензин вееРообразно распыNoется в предклапанные миксерные зоны (колбы) No1. No2. NoЗ, No4 впускного комектора (К) - сразу во все одновременно. Впрыснутый в предклапанные колбы бензин пред­ варительно. еще до всасывания. испаряется от со­ прикосновения с горячими клапанами, и пары бензи- р z Г ~-----.. 1 1 1 1 1 1 1 - на перемешиваются с возщхом, обрезуя богатую топливовоЗдушную смесь по способу внешнего сме­ сеобразования. Когда один из впускных клапанов открывается (в том uилиндре, в котором начинается такт впуска), в рабочий объем uилиндра всасывается свежий воз­ дУХ и вся богатая ТВ-смесь из предклапанной колбы данного uилиндра. При этом через открытый впуск- ФТО ООО ООО ООО Бензин под РД Ф Бензин под АД Бензин под УД ТВ-смесь ПБМ ! ЭБН 3 ОБМ ББ КР L _______ ....J ~----- 1. 2 . 3 - электрические контакты (+128) Рмс. 13.4 . Функцнона11ьная моде11ь механм"ес:коii системы неnрерывноrо вnрыска бензина ААЯ одноЦИАиидровоrо данrате11я (обозначения в тексте) 1.21 .
rлава 1.3 Вщцух -1'---" --+ -и...-..--==-, 6бар 1 15 DВщцухDБен3ЖDу~ Рмс. 13.5 . Моде11ь механм"еской системы неnрерывноrо расnреде11енноrо (мноrоточе"ноrо) вnрыска бензина {обозначения в тексте) ной клапан (на рис . 13.4 поз. ВКА) в UИllИндр продол­ жает впрыскиваться бензин и впускаться чистый воздух. Рабочая смесь несколько обедняется и за счет движения поршня вверх в такте сжатия стано­ вится нормальной уже непосредственно в UИllИндре. Так внутреннее смесеобразование довершает про­ uесс приготовления рабочей ТВ-смеси. Количество подаваемого во впускной комектор воздуха реrулируется водителем посредством дрос­ сельной заслонки 8 (Д3) от педали акселератора и 1)'Т же измеряется расходомером воздуха 10 (РВ). Коли­ чество проходящего через дозатор-распределитель бензина реrулируется поршне-щелевым вентилем (ПЩВ) золотникового дозатора 9 (У), который, в свою очередь, управляется расходомером 10 посредством системы механических рычагов 15 {Р, Z, ОТ). При такой схеме управления проuессом смесе­ образования рабочая смесь может иметь опти­ мальное (стехиометрическое) соотношение бен­ зин/воздух (а =1) почти на всех низкооборотных режимах работы две. При запуске холодного двигателя пусковая фор­ сунка 12 открывается электроклапаном 11 (внутри самой форсунки) и бензин интенсивно впрыскивает­ ся в миксерный (смесительный) ресивер 13 впускно­ го комектора К. Таким образом, силы-ю обогаще1+ ная рабочая ПН:месь приготаВ11Ивается в ресивере 13 сразу для всех UИЛИНдров двигателя. Клапанные форсунки в это время закрыты, так как при открытии пусковой форсунки 12 давление в прямой бензома­ гистрали 1 (ПБМ) резко падает (до 2,8 бар), а золот­ никовый дозатор 9 (У) до пуска две также закрыт. Электрический сигнал 14 на электроклапан 11 (внутри пусковой форсунки) поступает от ключа за­ жигания через пусковое термореле времени (см. гла- 1.22 ву 22), что имеет место только при прокручивании стартером холодного двигателя. Если двигатель теп­ лый, то пусковая форсунка 12 не включается, так как пусковое термореле разомкнуто и электроклапан 11 обесточен (см. далее рис. 13"15). Таким образом, при пуске прогретого двигателя сразу начинают функuионировать клапанные форсунки. 13.5. Система "K.Jetronlc" На рис. 13.6 приведена функuиональная схема механической системы ·к-Jetroпic". Эта система ра­ ботает по принuипу непрерывного впрыска бензина во все UИllИНдРЫ двигателя одновременно. Как видно из чертежа, система ·к-Jetronic" вклю­ чает в свой состав замкнутое тоnливное кольuо (ПОЗ. 1.4.7.8.21.17.ЗО.ОБМ), ВОЗдУШНЫЙ (ИНдУIЩИОt+ ный) канал (поз. 15.18.СО.22.24), подсистему регули­ рования управляющего давления (поз. 21.12.17.ЗО), дозатор-распределитель (формирователь впрыска) с рабочими форсунками (поз. 21.26), подсистему запу. ска холодного две и регулировки оборотов холостого хода (ХХ) на непрогретом двигателе (поз. 16.23.24 .19), подсистему реuиркуляuии отрабо­ тавших газов (ОГ) для понижения содержания в них оксидов азота NOx (поз. 13.14.25), подсистему регу. лирования состава ОГ для понижения содержания угарного газа СО и несгоревших углеводородов СН (поз. 14.20 .27 .28 .29), подсистему нейтрализаuии токсичных компонентов в ОГ (поз. 10.11.14). Система ·к-Jetroпic" работает следующим обра­ зом. Из бензобака 1 электробензонасос 4 нагнетает в подпорный накопитель 7 тоnлива бензин, которЫй далее через тоП11Ивный фильтр 8 под постоянным давлением около 6 бар по прямой бензомагистрали подается в дозатор-распределитель 21. В данной си­ стеме дозатор-распределитель является гидрав11Иче­ ским формирователем впрЫска тоП11Ива. Бензобак 1 , бензонасос 4, подпорный накопитель 7 топлива и тоnливный фильтр 8 совместно с клапа­ ном 17 обратного давления и реДуКUионным клапа­ ном 30 образуют замкнутое кольuо для uиркуляuии бензина под рабочим давленем в 6 бар. При работе две всасываемый воздух приподни­ мает заслонку 18 расходомера 15 воздуха, при этом золотник 33 в дозаторе-распределителе 21 перемещается вверх ровно на столько, сколько требуется пропустить бензина при данном количе­ стве проходящего через расходомер воздуха. Пе­ речисленными элементами реализован воздушный канал системы. Для автоматизаuии проuесса реrулирования ка­ чественного состава ТВ-смеси золотник 33 дозато­ ра-распределителя может управляться не только за­ слонкой расходомера (ротаметром) 18 снизу, но и
Механические системы enpwcкa топАМва ААЯ бенэмнов~ьtх двмrателеА (rpynna "К") изменением давления над золотником сверХу. Это давление называется управляющим и формируется в специалыюм реrуляторе 12 управляющего давле­ ния . Реrулятор 12 работает по принuипу сброса из­ лишнего давления над золотником 33. Излишний бензин возвращается по обратной бензомагистрали (ОБМ) в бензобак 1. Таким образом в клапанных ф<>рсунках 26 под­ держивается давление бензина в пределах от 3,5 бар до 6,0 бар. Конкретное значение давления оп­ ределяется положением поршневого золотника 33 относительно дозирующих щелей дифференuиаль­ н,ах клапанов . Под изменяющимся таким образом управляемым давлением бензин вытесняется в бензопроводы ра­ бочих каналов и далее распыляется форсунками в предклапанные колбы впускного коллектора . Пуско­ вая ф<>рсунка 23 и термореле времени 16 работают только при пуске холодного двигателя. Электроуnравляемый клапан 19 дополнительной подачи воздуха работает при прогреве холодного две. как автоматический реrулятор частоты враще­ ния на холостом ходу. Через него подается воздух в тех случаях, когда дроссельная заслонка 22 акселе­ ратора полностью закрыта. Винтом СО над дрос­ сельной заслонкой 22 реrулируется число оборотов на холостом ходу. Ресивер 24 совместно с предкла­ панными колбами образует миксерную (смеситель­ ную) полость всасывающего комектора для внеш­ него смесеобразования. Работа подсистемы очистки выхлопных отрабо­ тавших газов подробно рассмотрена в главе 20. Рис. 13.6 . Функцкона11ьнан схема механической системы вnрыска бензина "K ·Jetronlc": 1 - бензобак; 2 - поплавковый )'llазатель уровня топлива; 3 - сетчатый фильтр; 4 - электробензонасос (ЭБН); 5 - эле­ ктродвиrатель ЭБН; 6 - шиберный наrнетатель ЭБН; 7 - подпорный накопитель топлива {rидроак11уму/1Ятор); 8 - фильтр тонкой очистки бензина; 9 - блок АБС; 10 - каталитический rазонейтрализатор; 11- выход отработавших rазов в rлуши­ тельную подсистему; 12 - реrу/IЯтор управляющеrо давления на непроrретом двиrателе (реrулятор проrрева); 13 - термо­ пневмомапан; 14 - выпускной комектор; 15 - корпус расходомера воздуха; 16 - термореле времени; 17 - клапан 06- ратноrо давления; 18 - воздушная зilС/\онка расходомера (ротаметр); 19 - клапан дополнительной подачи воздуха через байпасный канал; 20 - датчик концентрации кислорода {АКК); 21 - дозатор-распределитеf\Ь топлива; 22 - дроссельная заслонка: 23 - пусковая форсунка; 24 - ресивер впускноrо комектора; 25 - мапан подсистемы реuиркуляци11; 26 - ра­ бочая клапанная форсунка; 27 - термоконтактор; 28 - тактовый rидроклапан (ТГК); 29 - электронный блок управления мя ТГК: 30 - редукционный {стравливающий) мапан; 31 - контакты датчика уровня топлива; 32 - жидкость в системе охлаждения АБС; 33 - золотниковый клапан {золотник) дозатора-распреде/IИтеля. 1.23
rАаВа13 13.6. Дозатор-распределитель На рис. 13.7 схематически представлен основной составной компонент механической системы непре­ рывного впрыска бензина - дозатор-распредеl\И­ тель топлива (заuприхованная часть рисунка). Он со­ стоит из дифференциальных клапанов Д1 ...Д4 (по числу цилиндров ДВС), из золотникового дозирующе­ го вентиля ДВ, из распределителя топлива и из глав­ ного топливного канала ГТМ. Конструктивно дозатор­ распределитель выполнен таким образом, что диф­ ференциа/\Ьные клапаны разделены на две каме­ ры - верхнюю и нижнюю. Верхние камеры сообще­ ны с рабочими форсунками Ф1.. • Ф4. а нижние - с прямой (подающей) бензомагистралыо от топливно­ го кольца (через фильтр). Золотниковый дозирующий вентИllЬ ДВ с одной стороны управляется механичес­ ким усилием М от ротаметра расходомера возщха, а с другой - управляющим давлением (гидравличес­ ким усилием) в полости Х (сигналом СУ2). давление в полости Х зависит от температуры Тд двигателя и уп­ равляется посредством регулятора прогрева РП {уст· ройство управления). Топливные каналы дозатора.распределителя за­ крЫтого типа, так как бензин проходит через них к клапанным форсункам Ф1 ••• Ф4, не ответвляясь в об­ ратную бензомагистраль. Функционирование дозатора.распределителя ста­ нет понятным из рассмотрения работы составных его частей. о-о-о-о- 13.7 . Фун11циоиа11Ы1аR моде111> дозатора-рас:nреде11ите11н (обозначения в тексте) 13.7. ДифференциаnьныА клапан Модель дифференциального клапана ДК, который является главным функuиональным устройством до­ затора-распределителя, показана на рис. 13.8 . Кла­ пан ДК состоит из двух камер А и В, разделенных уп­ ругой металлической мембраной 1, которая подпру- 1.24 •~е D Вщцух D Бензин Рис:. 13.8 . Моде11ь диффереициа11ьноrо 1111аnана (обозначения в тексте) жинена со стороны верхней камерЫ А стальной пру­ жиной 2. дифференциальный клапан имеет четыре топливных канала: входной канал З, выходной канал 4 и два перепускных канала 5 и 6. Выходной канал 4 может перекрываться мембраной 1. когда она про­ гнута вверх. Так реализован выходной вентиль диф­ ференциального клапана. Через перепускные кана­ лы 5 и 6 верхняя камера А и нижняя камера В сооб­ щаются между собой. В разрыв каналов 5 и 6 уста­ новлен золотниковый дозатор д с поршне-щелевым вентилем 8, который управляется воздушной заслон­ кой (ротаметром) 10 расходомера возщха 9 через систему механических рЫчагов 12. Дифференциальный клапан работает следУЮщим образом. В исходном состоянии, когда двигатель не работает, мембрана 1 отжата пружиной 2 вниз и вы­ ходной топливный канал 4 приоткрыт, что исключает образование воздушных и паровых пробок в форсун­ ках и рабочих каналах. Поршне-щелевой вентИllЬ 8 в золотниковом дозаторе д полностью закрыт, т.к. пол­ ностью закрыта заслонка 10 расходомера возщха 9. При включении зажигания сразу начинает рабо­ тать электрический бензонасос, и топливо под давле­ нием в 6 бар подается в нижнюю камеру В через входной канал 3. При этом мембрана 1 под действи­ ем давления бензина поднимается вверх и закрыва­ ет выходной канал 4 в верхней камере А. далее. как только стартер начинает прокручивать коленвал двигателя, возщх под действием разреже­ ния при всасывании начнет приподнимать заслонку 10 расходомера возщха 9. Заслонка 10 через рычаг 12 открывает поршне-щелевой вентиль 8 золотнико­ вого дозатора Д, через который бензин из нижней ка­ меры В начнет перетекать в верхнюю камеру А. Как только совместное усилие пружины 2 и давления беt+ зина в верхней камере А превысит давление бензина в нижней камере В на величину не менее 0,1 бара, то мембрана 1 прогнется вниз, и бензин начнет посту­ пать через выходной канал 4 к клапанной форсунке.
Механические системы впрыска томмва дАЯ бензиновых двиrателей (rpynna "К") Следует заметить, что даВ11ение бензина в верх­ ней камере А может изменяться в пределах от 3,2 бар до 6 бар путем изменения пропускной способ­ ности поршне-щелевоrо вентиля золотниковоrо до­ затора. При этом давление в нижней камере В все­ rда остается постоянным и равным 6 бар . Количе­ ство пропущенного к форсунке тоnлива зависит от степени прогиба мембраны 1, а сам прогиб мемб­ раны может легко упраВ11Яться даВ11ением бензина в верхней камере посредством золотникового до­ затора Д. Таким образом. количество пропущенного к фор­ сунке бензина в строго заданной пропорции соответ­ ствует количеству воэдУХа, пропущенного во впуск­ ной комектор через расходомер воэдУХа. В свою очередь, количество пропущенного воздУ· ха, а следовательно и число оборотов двигателя оп­ ределяются степенью открытия дроссельной заслон­ ки 11, которая управляется водиrелем посредством педали акселератора. 13.8. Зопотииковый дозатор На рис. 13.9 показан золотниковый дозатор А с поршне-щелевым вентилем. Он состоит из цилиндрической прорезной в1)'11КИ 1 с калиброванными дозирующими щелями 2, число коюрых равно числу uилиндров две, а также из пор­ шне-стержневого ЗО11отника 3 . Прорезная В1)'11Ка 1, в которую с притиркой встав­ лен ЗО/\Отник 3, совместно с ним образует перепуск­ ной ЗО11отнжовый дозатор 4 (на рис. 13.8 поз. А). Дозатор 4 посредством полости 9 сообщается с ни­ жними камерами В всех дифференциальных клапа­ нов К через перепускные каналы 6 . С верхними ка­ мерами А полость 9 дозатора 4 сообщается посред­ ством каналов 5, в каждый из которых вмонтирова­ на калиброванная дозирующая щель 2. Золотниковый дозатор А работает следующим образом. Бе><зж 3,5-5,Обар 14 р Рис. 13.9 . Моде11ь эо11отнн11овоrо дозатора (обоэна'4ения в тексте) В исходном состоянии нижняя камера В наполня­ ется бензином под давлением 6 бар через входное отверстие 11. Через перепускной канал 6 бензин пе­ ретекает в полость 9 и далее во все нижние камеры дозатора-распределителя. При этом нижний край строго притертого поршня 7 находится на границе открытия калиброванной щели 2, но пока еще пере­ крывает Э1)' щель. Как только двигатель начнет вра­ щаться, усилие F от рычага 8 расходомера воздУХа 10 начнет поднимать золотник З вверХ, калиброван­ ная щель 2 начнет открываться и бензин из полости 9 дозатора 4 начнет пос1)'Пать в верхнюю камеру А <~ерез канал 5. При полном поднятии вверх золотни­ ка З поршень 7 полностью откроет калиброванную щель 2, и даВ/\еНие бензина в верхней камере А поч­ ти сравняется с даВllением в нижней камере В и ста­ нет равным -6 бар. При этом пружина 12 верхней камеры А дИфференuиального клапана К полностью, до упора прогнет мембрану 13 и тем самым по/\НО­ стью откроет выходной квнал 14 дифференциально­ го клапана. В промежуточных положениях поршня 7 давле­ ние в верхней камере А будет изменяться по линей­ ному закону в пределах от 3,2 бар до 5,8 бар. Разным значениям давt.еНия в верхней камере А соответствует различная степень прогиба диафрагмы 13, а, следовательно, и различная степень открытия выходного канала 14, чю обеспечивает управление ко­ личеспзом пропущенного к форсунке бензина. При этом строго линейная зависимость количества впрыс­ нутого тоnлива от количества возщха, пропущенного через расходомер возщха, обеспечивает nосюянство соотношения бензин/воэщх в рабочей смеси. которое дОNКНО быть равно стехиометрИческому соотношению 1/14,7. Нижний поршень 15 ЗО11отника З участия в уп­ равлении даВ/\ением не принимает и служит лишь на­ праВ11Яющей опорой А11Я нижнего конца эоютника З. 13.9. Расnреде11мте11ь томива На рис. 13.10 показан дозаюр-распределитель топлива в сборе. Он состоит из верхней части R и ни­ жней части s. между которыми стяжными болтами П/\ОТНО зажаты упругая мембрана М - общая А11Я всех ДИфференuиальных клапанов К. и их подпорные пру­ жины П. Верхняя часть R яВ/\ЯеТСЯ распределителем тоnлива по клапанным форсункам (через выходные каналь1 4). Распреде11Итель юплива выrюлнен в виде верХней крышки к камерам А и В дифференциальных клапанов. Камеры А и В образованы в верхней R и ни­ жней s частях корпуса фрезерованными пусютами. Тоnливные кан81\Ы 3.4.5 .6 камер А и В просверлены в теле 1\ИЮГо корпуса дозатора-распределителя. Прорезная uилиндрическая В1)'111<а 1 эоютниково­ го дозатора выполнена либо из металлокерамики. ли- 1.25
rмва 13 А 4 ХРу7 4 .~1 1 g 3 + D2 М Рмс. 13.10 . РасnредеАмтем. томнва (обозначения в тексте) s J бо из твердой стали и запрессована в корпус расnре­ делИТеля таким образом, что калиброванные щели 7 етрого совпадают с топливными каналами 6 верхних камер А. Поршень 2 золотникового дозатора А сво­ бодно вдвигается в прорезную втуl\К)' 1 снизу. Свер­ ху поршень 2 напряжен возвратным усИ11Ием Ру. Все топливные каналы снаружи заканчиваются резьбой для ввертывания в них штуцеров рабочих каналов бензопроводов. В верхней части R корпуса распределителя имеет­ ся полость Х, в которую подается бензин из прямой бензомагистрали под давлением Ру по специальному калиброванному гидродросселем каналу. давление Ру называется управляющим (на рис. 13.9 . поз. Р) и в полости Х реrулируется путем стравливания бензи­ на обратно в бензобак. Реrулировку давления Ру осу­ ществляет сnеuиальный регулятор управляющего давления. это позволяет автоматически изменять количество подаваемого в фОрсунки бензине при прогреве холодного двигателя . Следует отметить, что хотя дозатор-распредели­ тель имеет разборную конструкuию . разбирать его фИрма BOSCH не рекомендует, т.к. собрать его пра­ вильно без специальной оснастки невозможно . 13.10. Реrуnятор nporpeвa и реrу11ятор управnяющеrо давnения Механическая система непрерывного впрыска бензина "K-Jetroпic" имеет много модИфикаuий. ЭТо объясняется тем, что фирма BOSCH продава­ ла систему "K -Jetronic" для установки на самых разно­ образных автомобилях. Например, система "K-Jetroпic" для четырех- и пя­ тиuилиндровых две автомобиля ·дudi" отличается конструкцией реrулятора давления. На 4-Х UИЛИндроВЫХ двигателях ЭТО устройство {СМ . рис. 13.11) работает только как реrулятор прогрева холодного двигателя . компенсируя конденсацию бен- 1.26 зина на холодных частях в предклаnанных зонах впу­ скного коллектора. Реrулятор прогрева своим нижним теnлоnриемным ториом S устанавливается снаружи блока uилиндров на сnеuиальную полированную пло­ щадку Р, чем обеспечивается нужный темnлообмен меж,ду блоком uилиндров и реrулятором прогрева . ВНутри реrулятора прогрева имеется биметалличес­ кая плоская пластина {А), на которую намотана спираль электрического подогревателя (В) и которая имеет на­ дежный тепловой контакт (Н) с корпусом реrулятора . Таким образом биметаллическая пластина А может прогибаться вниз или вверх на некоторый угол под воздействием нагрева либо от блока цилиндров две, либо от электрического подогревателя В. Промежуточ­ ное положение биметаллической пластины А зависит от соотношения этих AF1fX тепловых воздейсmий. Реrулятор прогрева работает следующим образом . Когда запускается холодный две. то биметалличе­ ская пластина А прогнута вниз настолько, насколько этот прогиб соответствует температуре холодного блока цилиндров. Если двигатель долго не работал, а температура окружающей среды ниже +10°С, то пла­ стина А прогнута полностью и диафрагма А оnущена вниз до упора, что приводит к полному открытию кла­ пана К управляющего давления. Ясно, что при этом управляющее давление Ру в полости Х {см. рис. 13.10) золотникового дозатора падает до мини­ мального значения . При неизменной интенсивности всасывания воздуха золотник дозатора-распредели­ теля и воздушная заслонка расходомера воздУХа. ИС· nытывая меньшее обратное воздействие со стороны Ру в полости Х. поднимаются неско11ЬК0 выше . что Устаноеочная nnoщaдtCa на две Р Рмс. 13.11. РеrуАятор nporpeвa смстемы ~к.Jetronlcw: А - биметамическая П11астина; В - электроподоrревате11ь; К - мембранный кмnан реrулятора; D - мембрана клапа­ на К; Н - теП11опроводная опора пластины А: S - теплопро­ воАНый корпус реrулятора; Тд - тепловой поток от блока цилиндров АВС; Р - блок цилиндров две.
Механические системы впрыска тоnАМва ААЯ бензиновых двмrателеА (rpynna "К") приводит к желаемому обогащению тоnливовозд;w­ ной смеси. По мере прогрева две биметамическая П118СТИ­ на А регулятора прогрева РП мед11енно прогибается обратно вверх и тем самым постепенно начинает пе­ рекрывать главный клапан К управляющего давле­ ния до тех пор, пока этот клапан полностью не закро­ ется. Температура две в месте установки регулятора прогрева РП при этом достигает 65-70°С. Электрический подогреватель В биметамической пластины А включается одновременно с бензонасо­ сом специальным управляющим реле (см. дшее рис. 13.15). Подогрев служит для ускоренного прекраще­ ния процедуры обогащения. Делается зто для того. чтобы недостаточно прогретый, но устойчиво работа­ ЮUJИй двигатель не потреблял излишнего количества бензина на холостых оборотах. После того, как прогрев две будет завершен, би­ металлическая пластина устанавливается в верхнем положении. клапан К закрывается и доnолнительное обогащение тоnливовозщшной смеси прекращается. При запуске горячего двигателя реrулятор прогре­ ва не оказывает влияния на процесс смесеобразова­ ния, так как его биметаллическая пластина находит­ ся в верхнем положении. а клапан К закрыт. • Реrулятор прогрева для 5-ти цилиндрового дви­ гателя. помимо обогащения Тlkмеси при прогреве, обедняет ее в режимах ХХ прогретого двигателя и частичных нагрузок. Он также обогащает Пkмесь при максимальной нагрузке двигателя. Для выполне­ ния этих функций реrулятор прогрева дополнен ваку- Рис. 13.12. Реrу11ятор уnрамяющеrо дав11ен1111 системы •к.Jetronlc:~: 1 - nо11ость атмосферноrо даВ/\ения; 2 - ш1У11еР для со­ единения с задроссе11ьной зоной вnускноrо комектора; 3 - возвратная пружина мембранноrо К/\апана; 4 - пружи­ на вакуумноrо зкономайзера ; 5 - диафраrма вакуумноrо зкономайзера; 6 - по11ость разрежения; Р8 - абсо11ютное дав11ение (разрежение) ; оста11ьные обозначения по рис. 13.11 . умным зкономайзером с гибкой пружинистой диа­ фрагмой (рис. 13.12). Такой зкономайзер работает от разрежения в задроссельной зоне впускного кол­ лектора. и регулятор прогрева теперь выполняет функции реrулятора управляющего давления (РУД). Хорошо известно, что когда двигате11Ь работает на холостом ходу и особенно на принудительном ХХ или на ранних частичных нагрузках, то разрежение в задроссельной зоне может быть достаточно боль­ шим. а при работе две в режиме полной нагрузки указанное разрежение, падая, приближается к нор­ мальному атмоеферному давлению. Возникающий таким образом перепад давления в задроссельной зоне с помощью вакуумного шланга подводится к штуцеру вакуумной полости (1) диафрагменного зко­ номайзера РУд. где усилием вакуумного разрежения Р8 ослабляется действие главной возвратной пружи­ ны 3 клапана К управляющего давления. Таким образом, при работе прогретого две в ре­ жиме холостого хода или частичных нагрузок, когда разрежение Р8 увеличено. диафрагма зкономайзера приподнимается вверх (на ПХХ до упора) и через вну. треннюю пружину (4) поднимает диафрагму главного клапана К, за счет чего увеличивается управляющее давление Ру в полости Х над золотником дозатора. распределителя. Уже было сказано. что при этом тоnливовоЗJ>,УШная смесь объединяется. так как при неизменной массе прошедшего воздуха количество прошедшего к форсункам бензина будет уменьшено. Если двигатель переводится в режим принуди­ Теl\ЬНого холостого хода (когда разрежение Р8 макси­ мально), то главный клапан К реrулятора управляю­ щего давления РУД полностью закрывается, обеспе­ чивая минимальную подачу топлива к форсункам. При работе две под полной нагрузкой, когда дроссельная заслонка полностью открыта. разреже­ ние в задроссельной зоне, а значит. и в диафрагмен­ ном зкономайзере отсутствует. и внутренняя пружи­ на (4), опускаясь вниз, увеличивает проходное сече­ ние главного диафрагменного клапана К. давление в полости Х падает, и возщшная заслонка расходоме­ ра вместе с поршнем золотникового дозатора подни­ мается вверх. Ясно, что при неизменном количестве впускаемого воздуха количество пропущенного че­ рез форсунки бензина увеличивается. Полученное таким образом обогащение тоnливовозщшной сме­ си в режиме полной нагрузки двигателя обеспечива­ ет увеличение его мощности. 13.11. Пусковая форсунка и ее уnравnение Пусковая форсунка, которая иногда также назы­ вается пусковым клапаном. является устройством с электромагнитным управлением (см. главу 22). Пус­ ковая форсунка в обычной системе "K-Jetroпic" ера- 1.27
rлава 1.3 батывает только при запуске холодного две (Тд < З5°С), так как электрическая цепь ее включе­ ния при более высокой температуре размыкается термоэлектрИческим реле времени. Внутри форсунки имеется индуктивный соленоид, работающий на втягивание ферромагнитного керна. На керне закреплена запорная тарелочка выходного сопла форсунки, которая открывается при подаче на соленоид управляющего напряжения. Обычно пуско­ вая форсунка рассчитана на рабочее напряжение 12 В, но срабатывает и при напряжении от 6 В и по­ трябляет ток до одного ампера. Скорость срабатывания пусковой форсунки прин­ ципиального значения не имеет, так как она работа­ ет на значительное обогащение топливовоэдушной смеси при медленном вращении двигателя. Пропуск­ ная способность этой форсунки в 6-8 раз больше пропускной способности рабочей клапанной форсун­ ки для одной и той же модели системы впрыска. В Неl<Оторых моделях механических систем впрыска пусковая форсунка имеет многоцелевое назначение. Так, для западногерманских автомобилей "A UDI ", на которых установлены пятицилиндровые двигатели серии JS и НР, пусковая форсунка сис­ темы ·к-Jetronic" дополнительно выполняет функцию обогащения тоnливовозщшной смеси при разгоне автомобиля с недостаточно прогретым двигателем. Эти автомобили поставляются в страны Северной Ев­ ропы. где в зимнее время полного прогрева двигате­ ля приходится ждать долго. Ясно, что в таком режиме пусковая форсунка ре­ ализует импульсный впрыск бензина, который пре­ кращается, когда двигатель прогревается до темпе­ ратуры выше З5°С (так как при этом срабатывает термореле времени и отключает от ·массы" пуско­ вую форсунку). Выключение пусковой форсунки произойдет так­ же и тогда, когда педаль акселератора будет оmуще­ на, и сработает концевой микровыключатель дрос­ сельной заслонки . Другой импульсный режим работы пусковой фор­ сунки реализован в системе впрыска "K-Jetronic" для бензиновых двигателей с турбонаддувом. Из опыта эксплуатации бензиновых систем впрыска известно, что пуск горячего две крайне затруднен при появле­ нии в топливной системе паровых пробок или пу­ зырьков воздУХа. Пары и воздУХ, сжимаясь под напо­ рам бензина, не дают ему возможности свободно пе­ ремещаться по топливным магистралям, так как вы­ сокое давление топлива демпфируется амортизаци­ онным сжатием газов. Чтобы этого избежать, весь топливный канал системы впрыска надежно гермети­ зируется. Однако при некоторых условиях эксплуата­ ции двигателей герметизация не спасет от пробок. Чаще всего это имеет место при сильном перегреве .свигателя или в двигателях, постоянно работающих 1.28 на форсированных режимах. К последним относятся все двигатели с турбон8Ад}'Вом, так как их нормаль­ ная рабочая температура на 15-200С выше обычных двигателей. Если двигатель с турбонащвом заглущить после длительной поездки, то в нем на достаточно длитель­ ное время возникают зоны местного перегрева, что. как правило, приводит к образованию внутрен­ них бензиновых испарений, которые и создают па­ ровые пробки в топливных магистралях. Наиболее вероятно образование паровых пробок в несколько подработанных клапанных форсунках. Избавиться от •засевших· в топливных магистралях паровых пробок можно только интенсивной прокачкой топ­ ливной подсистемы бензином. Это легко достигает­ ся путем пуска горячего двигателя не от •засорен­ ных" газом клапанных форсунок, а от высокопроиз­ водительной и поэтому •не засоряющейся" пуско­ вой форсунки с принудительным электроуправлени­ ем. Для этой цели в систему "K -Jetronic" , против обычной, добавлено электронное тактовое реле, ко­ торое своими •сухими• контактами включено парал­ лельно с термореле времени. Когда двигатель горячий, то контактная пара тер­ мореле времени разомкнута. При подаче напряже­ ния на клемму 50 замка зажигания, что имеет место при включении стартера, электронное тактовое реле начинает работать в прерывистом режиме, т.е. за­ мыкает и размыкает свои •сухие" контакты с часто­ той срабатывания 10-15 Гц. При этом с такой же ча­ стотой срабатывает и пусковая форсунка, что позво­ ляет запустить горячий двигатель без срабатывания основных клапанных форсунок. 13.12. Tepuope11e времени Если пусковая форсунка, которая включается ключом зажигания одновременно со стартером. бу­ дет работать по времени столько же, сколько и стар­ тер, то при затруднительном пуске (например, при пу­ ске двигателя при низких температурах, зимой) све­ чи зажигания могут быстро забрызгаться бензином. Чтобы этого не происходило, в электрическую цепь включения пусковой форсунки последовательно с ней включено термореле, дающее задержку по вре­ мени . Это реле удерживает свои контакты в замкну­ том состоянии в зависимости от температуры охлаж­ дающей жидкости в две и в зависимости от продол­ жительности включения пусковой цепи стартера. Устройство термореде времени описано в главе 22. Это реле раэмыt<ает свои биметамические контакты при темпервтуре 35-400С, что может иметь место как при прогреве двигателя, так и под действием нагрева до 40-45°С от Э11ектроподогревателя. Термореле вре­ мени подключено к напряжению 12 В бортовой сети.
Механические системы впрыска тоnАИва для бензиновых двиrателей (rpynna "К") Если запускается теплый двигатель (Тд > 35°С), то контактная пара термореле времени (ТРВ) еще до пу­ ска разомкнута, и пусковая форсунка при таком пус­ ке не испо/\ЬЗ}'ется. Если пускается хо/\Одный двига­ тель (Тд < 35°С), то время, через которое контактная пара термореле времени разомкнется, зависит от температуры Тд двигателя. Таким образом, пусковая форсунка на непрогре­ том двигателе при включении стартера будет откры­ та ровно столько, сколько потребуется времени А/1Я прогрева биметамической пластины до температуры размыкания контактов (см . рис. 13.13). 1 40 Tg, 'С Рмс. 13.13 . 3авмсммость продо11жмте11ыtостм t(c) впрыска пусковой форсумкоii от температуры Т,.°С двмrате11я 13.13 . Клапан дополнительной подачи воздуха В воздушном канале некоторых систем "K-Jetronic" nарамельно дроссельной заслонке устаноВАен клапан доnолнительной подачи воздуха (КдВ). это так называ­ емый " байпасный" возщшный клапан (рис. 13.14). Его основное назначение - увеличивать обороты КОАенвала при запуске холодного двигателя . Прин­ цип действия заключается в том, что при пуске хо­ юдного двигателя возщшная заслонка клапана КАВ открыта и добавочный воздух поступает в цилиндры не только через дроссельную заслонку. но и через байпасный канал. Ясно, что это приводит к дополни­ теt.ьному приnоднятию пневмометрической заслонки (ротаметра) в расходомере воздуха , что равносильно дополнительному открытию дроссельной заслонки . Рис. 13.14 . Кllапам допо111tмте11ыtой подачм воздуха: 1- демпфирующая шторка (затвор); 2 - биметамическая пластина; З - спираль электроподrреватеАЯ; 4 - контакт. 5 As1\:11pottикa Обороты двигателя несколько увеличиваются и не дают ему заглохнуть от трения в холодных сочленен~+ ях. По мере прогрева две механическое сопротивле­ ние трущихся частей ослабевает и надобность в бай­ пасном канале оmадает. К этому времени спираль клапана КАВ успевает разогреваться от бортовой се­ ти +12 В до такой степени, что биметаллическая пла­ стина своим прогибом полностью закрывает ВОздУШ­ ную заслонку клапана КдВ. Резистивность спирали подогревателя биметалличе­ ской пластины в КдВ (как и в РУД) имеет положитель­ ный температурный коэффициент сопротивления, что при прогреве делает ток потребления от бортовой сети незначительным . 13.14 . Бензонасос с электроприводом Любая система впрыска топлива, которая уста­ навливается на современном автомобильном двига­ теле, снабжена бензонасосом с приводом от элект­ родвигателя постоянного тока. Бензонасос может быть расположен либо вне бензобака под днищем кузова , либо непосредственно в бензобаке, где в та­ ком случае он погружен в бензин. Клеммы электродвигателя выведены за пределы корпуса бензобака, обозначены соответственно·+· и·-· и имеют герметичное уплотнение . Электродвигатель рассчитан на рабочее напряже­ ние 12 В и в нагрузочном режиме потребляет ток до 8 А. Мощность электродвигателя 100 Ватт. Принuип действия электробензонасоса подробно рассмотрен в главе 23. Электрический бензонасос подключается к борт­ сети 12 В через реле управления бензонасосом или через спеuиальную электронную схему. это делается с целью недопущения работы бензонасоса в то вре­ мя, когда две не вращается, а зажигание включено . 13.15 . Схема электрических соединений На рис. 13.15 приведена принuипиальная схема электрических соединений составных компонентов в системе "K-Jetronic". эта сх е м а рабо тает от бо рт ов ой сети +12 В следующим образом. Еще до запуска двигателя система впрыска бензина подготавливается к работе путем нагнета­ ния рабочего давления в бензомаrистралях . Это реализуется подключением электробензонасоса 11 (на 3" .5 с до запуска двигателя) ключом зажи­ гания 4 к напрЯжению 12 В аккумуляторной бата­ реи 1 (Генератор 2 пока не функционирует) по­ средством контактов 30-87 управляющего реле 5. Если двигатель холодный (Тд < 35°С), то от этого же реле начинают отрабатывать свои функuии ре- 129
Глава 13 Рис. 13.15. Схема мемтричесммх соединениli в системе • J<.Jetronlc" (обоэ11аче11ия в те11сте) 26 23 12 19 ~~~~ 16 7 8 4 13.16 . Основные составные момnоненты системы •J<.Jetronlc" (обоэ11ачения соответствуют рис. 13.б) Рис. 13.17 . Расnо11ожение момnонентов системы •к.Jetronlc" иа двиrате11е WН-5: 1 - дозатор-распределитель; 2 - бе11зопровод11ые труб11и; З - рабочие маnа1111ые форсун11и эа11рытого типа: 4 - воз· духовод; 5 - прямая и обрат11ая бе11зомагистрали: б - пус· 11овая форсунка: 7 - регулятор прогрева (управляющего давления); 8 - 1111апан доnо11ните11Ьной подачи воздуха; 9 - вnус11ной 11омектор; 10 - терморе11е времени: 11 - воз· душная заслонка (ротаметр) расходомера воздуха; 12 - корпус расходомера; 1З-узе11 дроссеАЬной зас11он11и; 14 - ми11серный (смесите11ьный) ресивер впус11ного комектора 1.30 гулятор прогрева 9 и клапан дополнительной пода­ чи возщха 10. После Вl<ЛЮЧения стартера 3 К11Ючом 4 одновре­ менно со стартером к АКБ поАК11Ючается термореле времени 6. Если контакты термореле замкнуты (Т" < 35°С), включается в работу пусковая форсун­ ка 7. двигатель запускается и на контакт 1 управля­ ющего реле 5 от прерывателя-распределителя 8 на­ чинает поступать высоковольтный (350" . 4 0 0 В) им­ пульс напрЯжения с частотой искрообразования в системе зажигания. Этот импульс обрабатывается в электронной схеме 12 и используется как удержива­ ющий сигнал для реле управления 5, электробензона­ сос остается постоянно включенным. Если при вклю­ ченном зажигании двигатель ·заглохнет", то на кон­ такт 1 реле 5 импульс от датчика-распределителя по­ ступать не будет, сигнал удержания в схеме 12 ис­ чезнет и электробензонасос 11 выключится. Если за­ пускается теплый двигатель, то управляющее реле 5 включит электробензонасос 11, срабатывают рабо­ чие форсунки впрыска. двигатель запускается без помощи пусковой форсунки. Работа остальных элект­ рических устройств системы •к.Jetroпic" очевидНа из рассмотрения схемы. показанной на рис. 13.15. Конструктивное исполнение (внешний вид) основ­ ных составных частей (компонентов) системы впрыс­ ка бензина "K-Jetroпic" показано на рис . 13.16, а их примерное расположение на двигателе WН-5 автомо­ биля "Audu-100 " - на рис . 13.17. 13.16. Система впрыска бензина "КE.Jetronic" Впервые автоматическое электронное управле­ ние впрыском топлива на автомобильных двигате­ лях было реализовано с помощью системы "КЕ· Jetroпic". Хотя эта система (как и ее прототип ·к­ Jetroпic") является механической системой непре­ рывного распределенного по цилиндрам впрыска · бензина через гидромеханические форсунки закры­ того типа, но управление качеством приготовляе­ мой ТОПЛИВОВОЗдУШНОЙ смеси в системе "KE - Jetronic" чисто электронное . Реализовать в механической системе впрыска смесеобразование близкое к оптимальному можно с использованием известной зависимости количества впрыскиваемого бензина от рабочего давления со стороны топливоподачи . Указанная зависимость ча­ стично используется в системе "K·Jetronic", где при запуске холодного двигателя срабатывает регулятор прогрева . Для расширения функций этого устройства в его конструкцию вмонтирована вакуумная камера, соединенная шлангом с задроссельной зоной впуск­ ного комектора (см. рис . 13.12). Это позволяет реа­ лизовать управление процессом смесеобразования
Механические системы впрыска томива ААЯ бензиновых двиrатеt.ей (rpynna "К") при некотором изменении нагрузки двигателя. Но, 1<а1< и в системах зажигания с ва<уумным регулято- ® 4 2 ром опережения, здесь имеет место низкая точность и ограничение диапазона регулирования . 30 3 Рис. 13.18. Система впрwска бензина "KE -Jetronlc": а - функционмьная схема: б - конструкция гидромеханического узла системы: 1 - дозатор-расnределитель; 2 - электро­ гидраВАический задатчик даВАения (ЭГ3А); 3 - мембранный реrуt.ятор давt.ения (МРА); 4 - аивная бензомагистрмь: 5 - nрямая (подающая) бензомагистра11ь: 6 - соедините11ьная бензомагистраль: 7 - возвратная бензомагистраль: 8 - рота­ метр расходомера воздуха; 9 - бензошt.анг к пусковой форсунке; 10 - канаt.ы к рабочим форсункам; 11 - электрический разъем потенциометра (датчика поt.ожения ротаметра); 12 - фиt.ьтр тонкой очистки бензина; 13 - подnорный на11опитеt.ь томива (гидроак11умуАЯтор); 14 - ЗАектробензонасос; 15 - бензобак; 16 - ЭБУ вnрыска; 17 - датчнк темnераl}'Ры дви­ гатеАЯ; 18 - термореt.е времени; 19 - свеча зажигания; 20 - рабочая форсунка; 21 - потенциометрический датчик nо­ t.0жения дроссеt.ьной засt.онки; 22 - nусковая форсунка; 23 - кt.апан дополнитеАЬНой подачи воздуха; 24 - дроссе11ьная засt.онка; 25. 26 - нижняя и верхняя камеры дифференциальных клапанов: 27 - поршне-ще11евой вентиль; 28 - топ11ив­ ный жимер ЭГ3А; 29 - эt.ектромагнитная система ЭГ3А; 30 - штуцер вакуумной камеры МРА; 31 - штуцер в задроссеt.ь­ ной зоне впускного 11омектора. 1.31 .
Гмва1З --- ·--- -- -- О Входные устройства О Выходные устроitства О Электронные блоlСИ Рмс. 13.19 . Компоненты смстемы "l<E-Jetronlc" (обозначения в тексте) Устранить эти недостатки механической системы можно внедрением в нее ЭJ1ектронного управления ка­ чеством ТВ-Смеси. Модернизированная таким спосо­ бом механическая система впрыска бензина получила наименование "КE-Jetroпic" (индекс Е - от elektronic). Система "КE-Jetroпic" (как и ее прототип - система " K-Jetronie") относится к меха-~ическим системам не­ nрерьЕНого распределенного (многоточечного) вnрыс­ ка бензина, но не с механическим, а с ЭJ\еКТроНным уn­ равлением качественным сос1ЭВОМ ТБ-смеси, и не на прогреве , а во всех возможных режимах работы две. Аля реализации такого электронного управления в состав системы "КE-Jetronic" догюлнительно включены четыре новых устройства (рис. 13.18): электрогидрав­ лический задатчик давления 2 (ЭГЗД), мембранный ре­ гулятор давления 3 (МРА). расходомер воздуха (РВП) с потенциометрическим датчиком 11 положения рота­ метра 8 и электронный блок управления впрыском 16 (ЭБУ-В). Исключен из системы регулятор прогрева, а дозатор-распределитель 1 имеет несколько иную конст­ рукцию. В зависимосП1 от типа автомобильного двига­ теля входными датчиками для ЭБУ-В могут являться от 4-х до 11-ти различных преобразователей неэлектриче­ ских воздействий в электрические сигналы. Например, в системе " КE-111-Jetronic" для автомобилей "AUDl- 80/00" (см. рис . 13.19) таких преобразователей де­ сять: датчик температуры двигателя (ДТА); датчик кра­ евого положения дроссельной заслонки (ДПД); датчик высоты над уровнем моря (ДУМ); датчик нагрузки дви­ гателя (ДНА) по угловому положению ротаметра в рас­ ходомере воздуха; датчик частоты врацения и положе­ ния коленвала две (ДХ-датчик Холла в системе зажига- :132 ния); датчик нача/\З отсчета (ДНО); датчик концентра­ ции кислорода (ДКК); датчик ВКАЮчения автоматичес­ кой коробки передач (ДКП); датчик режима холостого хода (ДХХ); датчик ВКАЮчения кондиционера (ДКД). Основное назначение всех перечисленных )<:т­ ройств - обесnечитъ ЭJ\ектронное автоматическое управление процессом смесеобразования в механи­ ческой системе впрыска на всех режимах ее работы . Этим достигается повышение таких эксплуатаuион­ ных показателей системы , как быстродействие и точ­ ность исполнения функций регулироВаtiия. 13.17. ЭпеаnроrидРав11ическ11ii задаrчик да811tНИЯ(ЗГЗД) Изменение количества распыленного бензина с по­ мощью форсунки закрытого типа (после того, как она откроется) всегда является следствием изменения давления внутри форсунки . Это давление называется давлением впрыска и в меха-~ических системах может управляться и с целью изменения количества впускае­ мой в цилждры ТВ-смеси, и с целью изменения ее ка­ чественного состава. При работе двигателя количест­ во подаваемой ТВ-Смеси регулируется дроссельной за­ слонкой (от водительской педали акселератора), а ка­ чество - автоматической системой управления . В системе "КE-Jetronic" приготовление ТВ-смеси и управление ее количеством реализуется так же, как и в системе "K-Jetronic", а автоматическое управле­ ние качеством - с помощью электрогидравлическо­ го задатчика давления (ЭГ3Д) .
Мехенмческие системы впрыска тorwtвa дм бензиновых двиrателей (rpynпa "К") -- 1 1 1 1 1 1 1 ь".•. - 10+ ~nqд8'<11- Н8 росиме ~enwoo JCCnOCfOR) хода Рмс. 13.20. Диапазон мзмененмя тока 1, в ЭГЗД Этот задатчик (см. рис. 13.18) входит в состав до­ затора-распределителя 1 и представляет собой бензи­ новый ЖИКl'ерный клапан с электрически управляемой пропускной способностью жиклера 28. Электромагнит­ ная система задатчика рассчитана и сконструирована так, чтобы кО/\ичество бензина, проходящего через ЖУ11Лер задатчика , было пропорционально величине Э/\еКТрИЧеО<ого тока 1,, протекающего по каl)'ШКе эле­ l<ТJ)ОМЗГНИТа 29. Это позволяет изменять подпорное давление бензина в нижних номерах 25 дозатора-рас- 11Jеде11ИТеля так. чтобы разность давllеНий No в ПО/\ОС­ ти поршне-щелевого вентиля (ПЩВ) 27 и в нижних ка­ мерах 25 всегда оставалась бы пропорционаJ\ЬНой ве­ АИчине тока в задатчике 2. f!/19. этой цеJ\И задатчик 2 давления своими гидравлическими каналами включен меж,ду прямой бензомагистралыо 5 и нижними каме­ ~ 25. Управляя таким способом разностью меж,ду рабочим и подпорным давлением, можно достаточно точно и безынерционно управлять юличеством топли­ ва, подаваемого к форсункам, при неизменном коли­ честве впускаемого в цилиндры возщха. Форсунки со­ общены с верхними камерами 26 бензотрубками 10. В разли'*iых системах "КЕ" управляющий ток 1, из­ меняется с помоu.ыо ЭБУ-В от +1 3 тех до -1 3 min в раз. А1N-1Ь1Х пределах (+13 max S 150 мА; -1 3 m1n ~ -70 мА). Но всегда ПО/\ОЖИТельному значению тока (+1 3 mвJ соот­ ветствует закрытое состояние жиклера 28 (предел обогащения ТВ-смеси), а отрицательному значению (-1 3 .,.,,) - открытое (предел обеднения) до ПО/\НОГО прекрацения подачи бензина к форсункам). Значе­ нию тока 1•• близкому к нулю, соответствует штатная (Установочная) пропускная способность жиклера 28, пр.1 которой система впрыска " КЕ" вырабатывает сте­ хиометрическую ТВ-смесь и работает совместно с кис­ юродным датчиком в режиме регулировки содержа- ния угарного газа СО в выхлопных отработавших га­ зах (0,9 < а < 1.1). Диапазон изменения управляюще­ го тока от 0,15 (-lmin) до 0,15 (+lmвJ называется диа­ пазоном самонастройки системы (рис. 13.20). В этом диапазоне имеет место компеtЧса~ия ряда дестабили­ зирующих факторов, а именно: частичное нарушение герметичности воздушного канала, незначительная потеря компрессии в цилиндрах две. увеличение вы­ бросов СО. Благодаря компенсации двигатель продол­ жает устойчиво работать и не требует регулировок . Если электронная система управления током жиклера в :задатчике давления выходит из строя и ток 1, стано­ вится равным нулю. система "KE-Jetroпic" продолжает выполнять свои функции, как обычная механическая система (без электронного управления). 13.18. Эnектронный бnок управnения впрыском (36У-В) ЭБУ-В в системе "КE-Jetronic" аналогового прин­ ципа действия. Его главная задача - вырабатывать ток управления для Э11ектрогидравлического задатчи­ ка давления. Этот ток можно считать постоянным с плавным изменением величины текущего значения и с переключением полярности по заданному закону регулирования. Помимо этого ЭБV-В вырабатывает сигналы управления АЛЯ пусковой форсунки впрыска (в ранних выпусках систем "КЕ" форсунка впрыска управляется от термореле времени), для клапана ста­ билизации холостого хода, АЛЯ клапана подсистемы нейтрализации паров бензина. АЛЯ чек-лампы подси­ стемы бортовой самодиагностики, для авторегулято­ ра системы зажигания (сигнал нагрузки ДВС). На вход ЭБУ-В (см. рис. 13.19) поступают Э11ектри­ ческие сигналы от различных входных датчиков. а также от авторегулятора системы зажигания (АР3) - по каналу обмена данными . ЭБV и АР3 в системе "KE-Jetroпic" конструктивно выполнены в виде двух отдельных устройств. Однако следует заметить. что на ряде автомобилей, напри­ мер на немецких "Volkswagen-Passat " (выпуск после 1988 года) устанавливается комбинированная систе­ ма электронного управления двигателем "KE- Motroпic" . Она отличается от системы "КE-Jetroпie" в основном только тем. что в ней функции управления впрыском бензина и Э/\еКТроискровым зажиганием выпо11Няет один общ.tй Э/\еКТронный блок. В электронном блоке управления для системы впры­ ска "КE-Jetroпic" впервые появился так называемый регистратор неисправностей, который работает совме­ стно с электронной схемой самодиагностики. С nомо­ щыо этой схемы конТРО/\Ируются сигналы входных дат­ чиков и рабочие токи в исполнительных устройствах. В случае возникновения нештатных ситуаций не­ исправности кодируются и фиксируются в регистра- 2.ЗЗ
Гмва 13 торе. На шоферском пульте управления загорается чек-лампа. записанные коды неисправностей моrут быть вызваны и расшифрованы с помощью миганий чек-лампы и таблицы кодов. Электронные компоненты ЭБУ.В являются микроэле­ ктронными устройствами и облqдают юстаточно высо­ кой эксплуатаuионной и фУнкционалы-~ой надежностью. 13.19. Мем~ранный реrуnятор давления (МРД) 1 Основное назначение МРД (см. рис. 13.18) - 1 1 поддерживать подпорное давление в возвратной бензомагистрали 7 за нижними камерами 25 дозат<r р&распределителя 1. Подпорное давление в системе "КЕ" выполняет роль управляющего. В системе "K-.Jetroпic" управляю. щее давление формируется с помощью регулятора прогрева, который изменяет величину гидравлическ<r го противодействия на золотник поршне-щелевого вентиля 27. В системе "КE·Jetroпic" такого против<r действия нет, а подпор создается в нижних камерах 25 и воздействует на мембраны дифференuиальных клапанов в дозаторе-расnределителе . Этот подпор c<r здается задатчиком давмния 2 , а стабилизируется и поддерживается мембранным регулятором давления 3 (МРД). Кроме этого МРД закрывает сливную бенЗ<r магисrраль 6 nри остановке двигателя (ДВС). Когда две работает в установившемся режиме подпорное давление на дифференциальные мембраны в нижних камерах 25 до'лжно поддерживаться постоянным. Этим обеспечиваются условия оптималы-~ого смесеоб­ разования, запрограммированные в ЭБУ.В для данно­ го режима работы двигателя. При переходе двигателя на другой режим условия смесеобразования изменя­ ются. Подпорное давление в нижних камерах 25 под воздейсmием эмктронного управления также изме­ няется, а его разность (дР) с рабочим давлением в n<r лости ПЩВ 27 обеспечивает нужное увеличение или уменьшение количества гюдаваемого к форсункам бензина. Таким образом, гюдпорное давление на раз­ личных режимах работы две различно, но для кажд<r го конкретного режима - постоянно . Функцию nод· держания требуемого значения подпорного давления выполняет мембранный регулятор давления МРД. Устройство МРД показано на рис. 13.21. Как Вид· но из чертежа, МРД состоит из трех камер: рабочей (красная), сливной (оранжевая) и вакуумной (синяя). Каждая камера имеет свои соединительные UJТytJe­ pa - 3 , 5 и 9, 15 соответственно. Межщ рабочей и сливной камерами установлен nолый толкатель 2 с пе­ репускным каналом 10. Со стороны сливной камеры на торец тОЛJ<ЗТеля 2 установлена запорная шайба 8, которая совместно с опорой 4 образует сливной кла­ пан МРД. Этот клапан может оТКрЫВаТЬСЯ контрпру- 134 Рис. 13.21. Мембранный реrулятор давления (обозначения в тексте) жиной 7 при перемещении толкателя вниз. Усилие контрпружины регулируется винтом б через штуцер 5 . Рабочая камера разобщена с вакуумной посредством упругой метамической мембраны 12, которая со сто­ роны вакуумной камеры подперта оттарированной ви­ той стальной пружиной 14. Перепускной канал 10 в подвижном толкателе 2 со стороны рабочей камеры перекрыт шариковым рещкционным клапаном 11. Этот клапан установлен на мембране 12 таким обр& зом, что nри поднятии мембраны вверх (гюд нагюром давления в рабочей камере МРД) сначала поднимает­ ся запорная шайба 8 и открывает сливной клапан МРД, а затем после упора мембраны 12 в ограничи­ тель 13 вверх приподнимается запорный шарик ре­ дУКUИонного клапана 11. Степень открытия редукци- онного клапана определяется приростом давления бензина в рабочей камере МРД после того, как мемб­ рана 12 упрется в ограничитель 13. Так как это давле­ ние совпадает по величже с рабочим давлением на входном жеклере 28 задатчика дав11ения 2. то при из­ менении напора бензина в задатчике 2 и в нижних ка­ мерах 25 (управляемым током 13 от ЭБУ·В), рещкцион­ ный клапан 11 корректирует подпорное давление nод заданную законом управления разность давлений дР. Рабочая функция вакуумной камеры в мембран­ ном реrуляторе МРД заключается в коррекции под· порного давления при изменении нагрузки двигате­ ля, для чего штуцер 15 соединяется шлангом с впуск- ным коллектором. 13.20. Расходомер воздуха с nотенциометрическим датчиком Из оnыта эксплуатации ва<уумных регуляторов в системе зажигания известно, что диапазон их функ· ционирования (по изменению нагрузки ДВС) крайне
Механические системы впрыска тоnАива для бензиновых двиrатеАей (rpynna "К") ограничен. То же самое имеет место и при использовании ваку­ умных мембранных регуляторов давления в системах впрыска. Мя устранения этого недостатка в поздних выпусках системы "KE- Jetroпic" вакуумная камера, в МРД служащая для коррекции со­ става ТЕН:меси по нагрузке дви­ гателя, не используется, а ее функции выполняет резистивный потенциометрический датчик степени открытия ротаметра (на­ порного диска) в пневмомехани­ ческом расходомере воздуха. 9 10 6 4 В отличие от гибкой диафраг­ wы в ва<уумной камере, ротаметр исключительно чувствителен к из­ менению количества всасываемо­ го воЗдУХа. а следовательно, и к изменению нагрузки двигателя. О Бензин под рабочим давлением сист- О Бензин под давлением рабо<мх форсунок D Беtаин под управляющим давленt~еМ D Конструктив Рмс . 13.22. До3атор-расnредеАмtеА~. системы "KE -Jetronlc": Конструкция расходомера ВО3дуХа с резистивным потенцио­ метром на оси рычага ротаметра показана на рис. 13.18 позиция­ ми 8 и 11. При работе двигателя позиции 1 ...10 и 25 ...29 соответствуют рис . 13.18; 11 - ЭАектрический контакт соАеноида ЭГ3Д дАЯ подачи упраВАяюшего тока 13; 12 - якорь (качеАи) соАеноида ; 13 - пружина дифференцигАьного кмпана ; 14 - эоАотник поршне-щеАевоrо ве~ теАя 27; х - полость над золотником 14. пото11 всасываемого воздуха приподнимает рота­ метр на величину, соответствующую объему пропу­ щенного воздУХа, и ротаметр через систему рычагов (t<ак и в системе ·к-Jetronic") приподнимает золотник в поршне-щелевом вентиле 27. Последний управляет количеством пропущенного бензина к рабочим фор­ сункам впрыска. Так реализуется механичес11ое уп­ равление процессом приготовления Т~еси, коли­ чество которой при подаче в цилиндры устанавлива­ ется дроссельной заслонкой (качество ТЕН:меси оста­ ется неизменным) . Одновременно с этим рычаг рота­ метра перемещает ползунок (центральный вывод) потенциометра на соответствующий угол по резис­ тивной дорожке, на 11оторую подается постоянное стабильное напрЯЖение от ЭБУ-В . Таким образом на центральном выводе формируется электрический по­ тенциал, несущий информацию об угловом положе­ нии рычага ротаметра, а значит, и о нагрузке двига­ теля. Этот потенциал возвращается в ЭБУ-В в виде электричес11ого сигнала, который достаточно точно характеризует нагрузку две. 13.21. Доэатор-расnредеnитеn1t (ДР) Это устройство (рис. 13.22) в системе "KE - Jetronic" во многом подобно своему прототипу, но имеются и принципиальные отличия, основные из t<о­ юрых СдеД}'Ющие (см. рис. 13.18 и 13.22). Диффе­ ренциальные диафрагмы межщ верхними 26 и ни- жними 25 камерами напряжены подпорными пружи­ нами не со стороны верхних, а со стороны нижних ка­ мер. Бензин в нижние камеры подается не из прямой бензомагистрали 5, а из полости задатчика давле­ ния 2. Нижние камеры с полостью поршне-щелевого вентиля 27 не сообщаются, а сам вентиль 27 вклю­ чен непосред~::твенно в прямую бензомагистраль 5. Дозирующий жиклер перед верхней полостью Х отсут­ ствует, за счет чего давление в верхней и нижней по­ лостях в вентиле 27 одинаковое . как уже отмечалось, регулятор прогрева (управляющего давления) заме­ нен электрогидравлическим задатчиком давления ЭГ3Д 2, который установлен непосредственно на 11ор­ пусе 1 дозатора-распределителя. Рабочие каналы 10, подающие бензин к форсункам впрыска 20 (как и в системе "K -Jetronic") , то приоткрываются, то прикры­ ваются (управляется их пропускная способность) про­ гибом дифференциальных диафрагм. Степень проги­ ба управляется разностью давления ЛР бензина в верхних и нижних t<амерах. Пусковая форсунка 22. ка1< и в системе "К-Jetronic", включена непосредст­ венно в прямую бензомаrистраль 5. Та1< как рабочее давление в системе "КЕ" повышено, то всв соедини­ тельные бензомагистрали усилены - применены шту­ церы с конической мелкой резьбой и металлические соединительные трубки. На рис. 13.22 позицией 3 по­ казан не мембранный, а поршневой регулятор давле­ ния, который устанавливается в более поздних систе­ мах "K -Jetronic". Функции мембра нного и поршн евого регулятора одинаковые. 135
ГА8881.3 13.22. Работа системы "KE·Jetronlc" Пуск и прогрев хо11Одного двигателя. оснащенно­ го системой впрыска бензина "KE-Jetroпic" , происхо­ дит следУЮЩим образом (см. рис. 13.18). При включении зажигания (еще до включения стартера) срабатывает электробензонасос 14 и начи­ нается нагнетание бензина в нижние камеры дозато­ ра-распределителя 1, а также в рабочие по/\ОСТИ за­ датчика 2 и мембранного регулятора 3. Сливные маги­ страли б и 7 в это время закрыты мембранным регу. лятором. Но как ТОllЬКО давление в системе достигает рабочего значения для данной температуры двигателя (в ЭБУ-В учитывается сигнал датчика 17 ДТВ), сливные магистрали б и 7 открываются и бензин через воз­ вратную магистраль 4 начнет поступать обратно в бен· зобак 15. Таким образом замкнутое топливное KOllЬUO подготавливается к работе . Если двигатель заводится при пониженной температуре (Тd < 10°С), то срабаты­ вает пусковая форсунка 22 и пуск происходит так же как и в системе ·к-Jetronic" . Если же температура дви­ гателя выше 10°С , то пусковая форсунка не срабаты­ вает (разомкнуты контакты термореле 18 или нет сиг- нала от ЭБУ-8 16) и запуск реализуется путем впрыска обогащенной ТВ-смеси через рабочие клапанные фор. сунки 20. При этом ЭБУ-В устанавливает в обмотке за. датчика давления 2 такой ток, велжина которого соот­ ветствует стеnени обогащения ТВ.Смеси для нормаль­ ной (устойчивой) работы двигателя на ХО/\ОСТОМ хощ при данной темnературе . По мере прогрева работаю­ щего двигателя ток в обмот~ задатчика плавно умень­ шается, жиклер 28 задатчика все больше открывается и давление в нижних камерах 25 дозатора-распредеJIИ­ теля 1 соответственно уве11ИЧивается . Это приводит к постепенному обеднению ТВ.Смеси до тех пор, пока она не станет нормальной. Температура двигателя при этом досm~т значения 65°С . Дальнейшее повыше­ ние температуры двигателя не оказывает заметного влияния на работу системы впрыска. Управление качеством ТВ<:меси на прогретом двигателе осуществляется по совокупности сигналов от всех датчиков на входе ЭБУ·В и по программе . за- 1\ОЖенной в ЭБУ-В. Исполнительным устройством на всех возможных режимах работы прогретого двига­ теля остается задатчик давления ЭГ3Д . С его помо­ щью реализуются такие режимы работы системы Рмс. 13.23 . Схема э11е11трмчес11мх соедмнеимй в системе "l<E-Jetronlc" впрыска. как: обогащение ТВ<:меси при разгоне автомобиля на прогретом или на непрогретом двигателе (участвуют дат­ чики ДТД , ДПД и ДНД); обогащение ТВ­ смеси на полной нагрузке две (участвУ­ ют датчики ДПД и ДНД) ; прекращение подачи топлива к форсункам впрыска при торможении двигателем - принуди­ тельный холостой ход (участвуют датчики АХ. дпд и ДХХ), а также при превыше­ нии максимально допустимых оборотов коленвала двигателя (используется дат­ чик ДХ) ; обеднение ТВ<:меси при движе­ нии автомобиля по горным дорогам (ис­ пользуется датчик дУМ); корректировка состава ТВ-смеси при работе системы впрыска с датчиком дкк концентраuии кислорода. Схема электрических соеди­ нений в системе "KE-Jetroпic" приведена на рис. 13.23 . (Фраrмент схемы э11ектроо6орудованмя): 1 - пусковая форсунка; 2 - ЭАектробензонасос ; 3 - клапан допо11ни· те11ьной подачи воздуха ; 4 - зле1<тронное реле управления электробензо­ насосом 2, пусковой форсункой 1 и мапаном подачи воздуха 3; 5 - дат­ чик краевых положений дроссельной заслонки: б - реле защиты от пере­ грузки ; 7 - клапан стабилизации режима холостого хода (В вариантах без клапана подачи воздуха 3); 8 - расходомер воздуха с потенциомет­ рическим датчиком nоложения ротаметра; 9 - ЭАектрогидравлический задатчик давления; 10 - датчик принудите11ьного ХХ (в вариантах без датчика 5); 11- датчик температуры двигателя; 1, 3, 5 , 10 , 12, 13 , 17, 21, 24 , 25 - номера 1<онта1<тов в ште1<ерном разъеме ЭБУ ; то - им­ пульсный сигнал зажигания : 15. 30. 50 - номера контактов в замке за­ жигания (+12 В). 136 В заключение слещет отметить , что дальнейшее усовершенствование систем впрыска бензина Ш/\О по nyrn внедрения порииальной (прерывистой) подачи топ­ лива вместо непрерывной, что возможно реализовать заменой за1фытых гидроме­ ханических форсунок форсунками с элек­ тромагнитным управлением от ЭБУ-В дис- кретного принuипа действия.
- - Глава четырнадцатая СИСТЕМЫ ОДНОТОЧЕЧНОГО ВПРЫСКА ТОПЛИВА ДЛЯ БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (ГРУППА "MONO") Главы четырнаматая, пятнаматая н шестнаматая посвящены опнсанню современных снстем центрам.ноrо (оАНоточечноrо} впрыска топлнва .для бензнновых АВНГВтвлей внутреннего сrора­ ння легковых автомобнлей. Такне снстемы впрwска бензнна управляются с помощью электронной автоматнкн н относятся к группе "'Мопо". 14.1. Система впрыска бензина "Mono-Jetranlc" но, что центральная форсунка впрыска (UФВ) уста­ наВJ1Ивается на стандартном впускном комекторе вместо обычного 1\арбюратора. Впервые система центрального одноточечного ~nу11ЬСного впрыска тоnлива д/1Я бензиновых дви­ гателей легковых автомобилей была разработана фирмой BOSCH в 1975 году. Эта система получила название "Moпo-Jetroпic" (Monojet - одиночная струя) и была установлена на автомобиле " Yolkswagen". Но в отличие от 1\арбюратора, в котором автома­ тика смесеобразования реализуется механическим управлением, в моносистеме впрыска применяется чисто электронное управление. На рис. 14.2 поl\азана упрощенная функционаАtr ная схема системы "Moпo-Jetroпic". Электронный блок управления (ЭБУ) работает от входных датчиков 1-7, которые фиксируют текущее состояние и реЖИМ работы двигателя. По совокупно- • На рис. 14.1 показан центральный впрыскива­ ющий узел системы "Мono-Jetroпic". Из рисунка вид- Рмс.14.1. Це1tтрам.мым впрыс11мвающмii узеА (ЦВУ): ПБМ - подающая бензомагистраль; ОБМ - обратная бензомагистраль: ДПД - потенциометрический датчик по­ ложения дроссельной заслонки; ЗПК - заnорный пневмоКАапан; UФВ - цент­ ральная форсунка впрыска; АТВ - дат­ чик темпера1}'РЫ всасываемого возду­ ха; ПАЗ - привод дроссельной заслон­ ки; РА - регулятор давления; СПА - электросервопривод дроссельной за­ слонки: ВПК - впускной комектор ; nк - теплоизоляционная прокладка комектора; КР - контактный разъем. 16 eo:wxD дмв дпд ДТ8 дтд 19 дод Бензин вк кд Рмс.14.2. Упрощенная фуи11цмоиальиая схема смстемы "Moпo-Jetroпlc": 1-7 - входные да1'4ики (АМВ- момента впрыска, АПА - положения дроссе­ ля, АТВ - температуры воздуха, АТА - температуры двигателя, АОА - оборо­ тов двигателя, ВК - концевой выключатель сервопривода. КА - концентрации кислорода); 8 - электромагнитный соленоид UФВ; 9 - установочное место длР. ДТВ; 10 - сетчатый бензофильтр; 11 - запорный КАапан UФВ; 12- распыли­ тельное сопло ; 13 - миксерная (смесительная) преддроссельная зона; 14 - дроссельная заслонка; 15 - центральная форсунка впрыска UФВ ; 16 - корпус UBY ; 17 - регулятор давАения РА; 18 - обратный бензопровод ОБП ; 19 - по­ дающая бензомагистраАь ПБМ; ЭБУ - электронный блок управления: S - Э/\е­ ктроимпульс управления UФВ; ЗУ - блок памяти; МКП -микропроцессор . 1.37
rлава 2.4 сrи си11-1алов от этих датчиков и с испо11ЬЗованием информации из трехмерной характеристики впрыска в ЭБУ вычисляются начало и продо/\ЖИТеJ\Ы-IОСТЬ от­ крытого состояния центральной форсунки 15. На основании расчетных данных в ЭБУ формиру­ ется Э11ектроимnу11ЬСНЫй сигнал S уnраВJ\енИЯ для UФВ. Этот си11-1ал воздействует на обмотку 8 ма11-1ит­ ного соленоида форсунки, запорный клапан 11 кото­ рой открывается, и через распЫ11ИТе11ЬНое сопло 12 бензин принудительно под давлением 1,1 бар в ТОПJ\И­ воподающей магистрали 19 распыляется во впускной коллектор через открытую дроссе/\ЬН}'Ю заслонку 14. При заданных размерах диафрагмы дроССеJ\Ы-IОй заслонки и калиброванного сечения расnылите11Ы-10- го соnла массовое количество пропущенного в ци­ линдры ВОЗдУХа определяется степенью открытия дроссельной заслонки, а массовое количество впрыснутого в воздушный поток бензина - продол­ жительностью открытого состояния форсунки и под­ порным (рабочим) давлением в тоnливоnодающей магистрали 19. • Для того чтобы бензин сгорал полностью и наи­ более эффективно, массы бензина и воздУХа в ТВ. смеси доllЖНы находиться в строго определенном со­ отношении, равном 1/14,7 (для высокооктановых сортов бензина). Такое соотношение называется стехиометрическим. и ему соответствует коэффици- Рис.14.З. Цеитра11ьная форсунка впрыска (ЦФВ): 1 - прямая бензомагистра11ь ПБМ; 2 - обратная бензома­ гистра11ь ОБМ; З - корпус UФВ; 4 - крышка; 5 - соедини­ те11ьные Э11ектропровода; 6 - датчик температуры всасыва­ емого воздуха ДТВ; 7 - сетчатый бензофи11ыр; 8 - обмот­ ка Э11ектромагнитного соленоида; 9 - запорный клапан ЦФВ; 10 - микрокана11ы распылительного сопла; 11 - рас­ труб сопла; 12 - миксерная зона; 13 - возвратная пружи· на; 14 - магнитный керн; а - распы11ительное со11110; б - датчик температуры всасываемого воздуха ДТВ. 138 ент а избьгrка ВОздУХа, равный единице. Коэффици­ ент а= Мд/М0, где М0 - количество массы ВОЗдУХа, теоретически необходимой для полного сгорания данной порции бензина, а М11 - масса фактически выгоревшего ВОЗдУХа. Отсюда ясно, что в любой системе впрыска топли­ ва обязательно до/\Жен иметься измеритель массы воздУХа, впущенного в цилиндры двигателя при вса­ сывании. • В системе "Moпo-Jetroпic" масса воздУХа рас­ считывается в ЭБУ по показаниям деух датчиков (см. рис. 14.1): темпераl}'РЫ всасываемого ВОздУХа (ДТВ) и положения дроссельной заслонки (ДПД). Пер­ вый расположен непосредственно на пути воздушно­ го потока в верхней часrи центральной форсунки впрыска и представляет собой миниатюрный полу· проводниковый термистор, а второй является резис­ тивным потенциометром, движок которого насажен на поворотную ось (ПДЗ) дроссельной заслонки. Так как конкретному угловому положению дрос­ сельной заслонки соответствует строго определе1+ ное объемное количество пропущенного воздУХа. то дроссельный потенциометр выполняет функцию рас­ ходомера воздУХа. В системе "Moпo-Jetronic" он яв­ ляется также датчиком нагрузки двигателя. Но масса всасываемого воздУХа в значитеJ\Ы-IОй степени зависит от темпераl}'Ры . Холодный воздУХ более плотный, а значит. более тяжелый. По мере по­ вышения темпераl}'Ры плотность воздУХа и его мас­ са уменьшаются . Влияние температуры учитывается датчиком ДТВ (см . рис. 14.3, б). • Датчик АТВ температуры всасываемого возду· ха, как полупроводниковый термистор с отрицатель­ ным температурным коэффициентом сопротиВJ\ения. изменяет величину резисrивности от 10 до 2,5 кОм при изменении температуры от -30 до +20°С . Си11-1ал датчика ДТВ используется только в таком темnера­ l}'РНом диапазоне . При этом базовая продо11ЖИТель­ ность впрыска бензина корректируется с помощью ЭБУ в интервале 20...0% . Если температура всасыва­ емого воздУХа выше +20°С, то си11-1ал датчика ДТВ блокируется в ЭБУ и датчик не используется . Си11-1алы от датчиков положения дроссельной за­ слонки (ДПД) и темnераl)'РЫ всасываемого ВОздУХа (ДТВ) в случаях их отказов дублируются в ЭБУ си11-1а­ лами датчиков частоты вращения (ДОД) и температу­ ры охлаждающей жидкости (ДТД) двигателя. о По рассчитанному в ЭБУ объему ВОздУХа. а так­ же по си11-1алу о частоте Вращения двигателя, кото­ рый поступает от датчика числа оборотов системы зажигания, определяется требуемая (базовая) про­ до11ЖИтельность открь~rого состояния центральной форсунки впрыска. Так как подrюрное давление Р, в тоnливоnодающей магистрали (ПБМ) постоянно (МЯ ·мопо-Jеtгопiс" Р, = 1 ...1,1 бар), а пропускная способность форсунки
СllстемЫ одноточечноrо впрыска ТОПАИ&а Д/\Я беНЗМНОВЫХ двмrателей (rpynna uмono") задана суммарным сечением отверстий распылительно­ го сопла, то время открытого состояк-~я форсунки одно- 3На'Н> О!l)еделяет количество впрыснутого бен:wна. Момент впрыска (на рис. 14.2 сигнал от да'N1Ка АМВ) обычно задается одновременно с сигнаюм на воспла­ менение тв.смеси от системы зажиг~ия (через 180" поворота коленвала д/1Я четырехцилиндрового ДВС). Таким образом, при электронном управлении про­ цессом смесеобразования обеспечение высокой точности дозиРовки впрыскиваемого бензина в из­ меренное количество массы возщха является легко решаемой задачей, но, в конечном счете, точность дозиРования определяется не электРонной автомати­ кой, а точностью изготовления и функциональной на­ дежностью входных датчиков и форсунки впрыска. • На рис. 14.3 показана главная деталь сисrемы "Mono-Jetronic" - центральная форсунка впрыска (UФВ). Uентральная форсунка впрыска представляет со­ бой бензоклапан, который открывается электричес­ ким импульсом, поступающим от электронного блока управления . Для этого в форсунке имеется электро­ магнитный соленоид 8 с подвижным магнитным кер­ ном 14. Основной проблемой при создании клапанов дЛЯ импульсного впрыска является необходимость обеспечения высокой скорости срабатывания запор­ ного устРойства 9 клапана как на открывание, так и б789101112 5 Ra 2 4 Рис.14.4. ДроссеАьиый nотеициометр: а - констру1щия; б - электрическая схема; 1, 2 , 4 , 5 - кон· тактные выводы потенциометра; 3 - скользящие контакты; б - резиновый уплотнитель; 7 - резистор Ra; 8 - резистор Rб; 9 - пружины скользящих контактов на движке потенци­ ометра; 10 - резистор Rc; 11 - резистор Rd; 12 - керами­ ческая изоляционная подложка; 13 - ось движка потенцио­ метра; 14 - пластмассовый корпус потенциометра; Ra, Rb, Rc, Rd - резистивные дорожки потенциометра. на закрытие. Решение проблемы достигается облег­ че1+1ем магнитного керна соленоида, увеличением то­ ка в импульоюм сигнале управления, подбором упру­ гости возвратной пружины 13, а также формой при­ тертых поверхностей для распылительного сопла 10. Сопло форсунки (рис. 14.3, а) выполнено в виде раструба капимярных канальцев. число которых обычно не менее шести. Углом при вершине растру­ ба задается раскрыв струи впрыска, которая имеет форму ВОРоНКИ. При такой форме струя бензина не попадает на дРоССельную заслонку даже при малом ее открытии, а ПРолетает в два тонких полумесяца открывшейся щели. Uентральная форсунка системы "Mono-Jetronic" на­ дежно обеспечивает минимальную ПРодолжительность открытого состояния рас11Ы11ИТельного сопла 11 в тече­ ние 1±0.1 мс. за такое время и при рабочем давлении в 1 бар через распылительное соnю площадью в 0,08 мм2 впрыскивается около одного миллиграмма бензина. Этому соответствует расход топлива 4 л/Ч на минимальных холостых обоРоТВХ (600 об/мин) прогре­ того двигателя. При пуске и ПРоrреве хоюдного двига­ теля форсунка открывается на более ПРодолжительное время (до 5•.• 7 мс). Но, с другой СЮРоНЫ, максималtr ная ПРодолжительность впрыска на ПРоrретом двигате­ ле (время открытого состояния форсунки) ограничива­ ется предельной часrотой вращения коленвала две Рис.14.5. ЭАектросервоnривод дpocceAьttoii засАоики: 1 - опорный шток; 2 - поворотный рычаг дросселя; 3 - дроссель в закрытом состоянии; 4 - дроссель в открытом состоянии; 5 - толкатель выдвижной; б - контактный разьем; 7 - корпус сервопривода; 8 - шестерня; 9 - вну­ тренняя винтовая резьба; 10 - червячный вал; 11 - ре­ версный электродвигатель; 12 - уплотнитель; 13 - пласт­ массовый корпус сервопривода без крышки; Ь - уrол пово­ рота дросселя под действием злектросервопривода (17"). :J..39
rAa.88 2.4 (6500...7000 мкГ1) в режиме полного дросселя и не может бьпь более 4 чс. При этом тактовая частота срабатывания запорного устройства форсунки на холо­ стом ходу не менее 20 Гц, а при по111-tой нагрузке - не 00\ее 200.• .230 Гц. • С особой тщательностью изготавливается дат­ чик АПА положения дроссельной заслонки (дроссель­ ный потенциометр) , показанный на рис. 14.4. Его чувствительность к повороту движка должна отве­ чать требованию ±0,5 уг11ОВЬ1х градусов поворота оси 13 дросселя. По строгому угловому положению оси дросселя определяются начала двух режимов ра­ боты двигателя: режима холостого хода (3±0,5°) и режима полной нагрузки (72,5±0,5°). Для обеспечения высокой точности и надежности резистивные дорожки потенциометра, которых четы­ ре, включены по схеме, показанной на рис. 14.4, 6, а ось движка потенциометра (движок двухконтакт­ ный) посажена в безлюфтовый тефЛОновый подшип­ ник скольжения. Потенциометр и ЭБУ соединены межщ собой че­ тырехпроводным кабелем через контактный разъем. Для повышения надежности соединений контакты в разъеме и в фишке потенциометра поЗО11очены . Кон­ такты 1 и 5 предназначены для подачи опорного на­ пряжения 5±0.01 В . Контакты 1 и 2 - для снятия 1< эсхх Рмс.14.6. Схема стабм11мэацмм хо11остоrо хода: сигнального напряжения при повороте дроссельной заслонки на угол от о до 24° (О•.. 3° - режим холос­ того хода; 3 .. .24° - режим малых нагрузок двигате­ ля) . Контакты 1 и 4 - для снятия сигнального напря­ жения при повороте дроссельной заслонки на угол от 18 до 90° (18.• •72,5° - режим средних нагрузок. 72,5...90° - режим полной нагрузки двигателя). Сигнальное напряжение с дроссельного потенци­ ометра дополнительно используется: - для обогащения тв.смеси при разгоне автомо­ биля (реrистрируется быстрота изменения сигнала от потенциометра); - для обогащения ТВ-смеси в режиме полной на­ грузки (реrистрируется значение сигнала с потенцио­ метра после 72,5° поворота дроссельной заслонки в сторону увеличения); - для прекращения впрыска топлива в режиме принудительного холостого хода (регистрируется сиг­ нал потенциометра, если угол открытого состояния дроссельной заслонки менее 3°. Одновременно кон­ тролируется часrота w вращения двигателя: если w ~ 2100 мин-1 , то подача топлива прекращается и восстанавливается вновь при w s 1500 мин-1). • Интересной особенностыо системы впрыска "Мono-Jetronic" является наличие в ее составе под­ системы стабилизации оборотов холостого хода с помощью электросервопривода, который воздействует на ось дрос· сельной заслонки (рис. 14.5). элек­ тросервопривод снабжен реверс­ ным электродвигателем 11 посто­ янного тока. Сервопривод включается в рабо­ ту в режиме холостого хода и совме­ стно со схемой отключения вакуум­ ного реrулятора угла опережения зажигания (схема стабилизации хо­ лостого хода - рис. 14.6) обеспечи­ вает стабилизацию частоты враце­ ния двигателя в этом режиме. Такая подсистема стабилизации холостого хода работает слещю­ щим образом. Когда угол открытого состояния дроссельной заслонки менее 3° , сигнал К (см. рис. 14.6) является для ЭБУ сигналом режима холосто­ го хода (замыкается концевой вы­ ключатель ВК штоком сервоприво- ДР - датчик-распределитель ; ВР - вакуумный реrу11Ятор; UBY - центрё111ьный впрыскивающий уэе11 ; ЗПК - запорный пневмоклапан; Р - разрежение в эа­ дроссе11ьной эоне; КЗ - К/\ЮЧ эажиrания; ВК - концевой вык11ючате11Ь в злект­ росервоприводе ; К - сигнал холостоrо хода (ХХ) от концевого вык11Ючателя ВК ; СПА - злектросервопривод дроссе11ьной заслонки : ЭСХХ - э11ектронная схема управления режимом ХХ в контромере; 31 - потенциа11ьный провод (+12 В). да). По этому сигналу запорный пневмоклапан 3ПК срабатывает и канал разрежения от задроссель­ ной зоны впускноrо комектора к вакуумному регулятору ВР пере­ крывается . Вакуумный регулятор с этого момента не работает и угол 1.40
Снстемы oднcrюlfelOЮJ'O вnрыска 101W01a ААЯ 6еtаиновых двнrатмеii (rpynna "Мопо") опережения зажигания становится равным значе­ нию установочного угла (6° до ВМТ). При этом дви­ гате11ь на хо11остых оборотах работает устойчиво. Ес/\и в это время включается кондиционер И/\И дру­ гой мощный потребитеr.ь энергии двигате11я (напри­ мер, фары даr.ьнего света опосред9твованно через генератор), то его обороты начинают падать. Двига­ тель может заг11охнуть. Чтобы этого не происходи· /\О, по команде от Э11ектронной схемы упраВ11ения ХО/\ОСТЫМ ходом (ЭСХХ) в контромере включается Э11ектросервопривод, который неско11ько приоткры­ вает дроссе11Ьную заС11онку. Обороты уве11ичивают­ ся до номина11ьного значения мя данной темпера­ туры двигате/\Я. Ясно, что при снятии нагрузки с двигате/\Я его обороты уменьшаются до нормы тем же электросервоприводом. • В ЭБУ системы "Moпo-Jetroпic" имеется микро­ процессор мкп (СМ. рис. 14.2) с ПОСТОЯННОЙ и опера­ тивной памятью (б/\ок ЗУ). В постоянную память •за­ шита" этаюнная трехмерная характеристика впрыска адаптивной обратной связи от системы выпуска отрабо­ тавших газов к системе ТОП/\Ивного питания (к системе впрыска). Он реагирует на разность концентрации кисюрода в атмосфере и в ВЫХ/\Опных газах. По сути дела, дат­ чик КА ЯВ/\Яется химическим источником тока перво­ го рода (гаr.ьваническим э11ементом) с твердым Э11еКТ­ ро11ИТом (специальная сотовая мета/11\Окерамика) и с высокой (не ниже ЗОО"С) рабочей температурой. ЭДС такого датчика почти по ступенчатому закону зависит от разности концентрации кис11орода на его Э/\ектро­ дах (П/\атино-радиевое П11еночное покрытие с разных сторон пористой керамики). Наибо/\Ьшая крутизна (пе­ репад) ступеньки ЭДС приходится на значение а= 1. Датчик КА вворачивается в трубу выпускного ка­ нала (например, в выхюпной ко/\/\ектор) и его чувст­ вите/\Ьная поверхность (пО11ожите11ьный Э11ектрод) оказывается в потоке ВЫХ/\опных газов. Над крепеж­ ной резьбой датчика имеются щели, через которые наружный отрицатеr.ьный ЭllеКТрод сообщается с ат· Рмс.14.7. (ТХВ). Эта характеристика в какой· то мере подобна трехмерной ха­ рактеристике зажигания, но отли­ чается тем, что ее выходным пара­ метром яВ11Яется не угО11 опереже­ ния зажигания, а время (продоh­ ЖИ1е11ЬНОСТь) открьггоrо состояния центральной форсунки впрыска. Входными координатами характе­ ристики ТХВ ЯВ/\ЯЮТСЯ частота вра­ щения двигателя (сигна11 поступает от контромера системы зажига­ ния) и объем всасываемого ВОздУ­ ха (рассчитывается микропроцес­ сором в ЭБУ впрыска). Этаюнная характеристика ТХВ несет в себе опорную (базовую) информацию о стехиометрическом соотношении бензина и воздуха в ТВ.Смеси при всех возможных режимах и усю­ виях работы двигателя . Эта инфор­ мация выбирается из памяти ЗУ в микропроцессор ЭБУ по входным координатам характеристики ТХВ (по сигналам датчиков ДОД, ДПД, ДТВ) и корректир)еТСЯ по сигналам от датчика температуры ОХ/\аЖАаю­ щей ЖИДКОСТИ (ДТД) И КИС/\Ородно­ ГО датчика (КД). Фумкциомальмая схема системы "Mono-Jetronlc": • О кисюродном датчике надо сказать отде11ьно. Н811Ичие его в си­ стеме впрыска позВСV1Яет удержи­ вать состав ТВ-смеси постоянно в стехиометрическом соотношении (cr-1). Это достигается тем, что л;л­ чик КА работает в цепи г11убокой 1 - бензобак; 2 - подкачивающий бензонасос; 3 - основной бензонасос; 4 - бенэофи11ыр; 5 - обратный бензопровод; 6 - прямая бензомагистраль; 7 - ре­ rулятор давления; 8 - центра11ьная форсунка впрыска (UФВ); 9 - отвод картер­ ных газов: 10 - штуцер вакуумного шланга для запорного клапана: 11 - дрос· сельная заслонка; 12 - подогреватель ТВ-смеси; 13 - электросервопривод дроссельной заслонки; 14 - дроссельный потенциометр (ДПА); 15 - вакуумный шланг; 16 - запорный пневмоклапан: 17 - вакуумный регу11ятор опережения зажигания: 18 - датчик-распределитель: 19- электронный коммутатор зажига­ ния: 20 - свеча зажигания: 21 - впускной клапан две; 22 - выпускной кол­ лектор; 23 - кислородный датчик: 24 - датчик температуры две: 25 - элек­ тронный б11ок уnрав11ения впрыском (ЭБУ-В); 26 - аккуму11яторная батарея (АКБ): 27 - замок зажигания . 1.41 .
Гмва 1.4 мосферным воздухом. на автомобилях с каталитичес­ ким газонейтрализаюром кисюродный дат'11к уста­ навлvвается nеред нейтрализатором и имеет спираль электроподоrрева, так как температwа выпускн,~х rа­ зов nеред нейтрализатором может бьnь ниже ЗОО°С. Кроме тоrо. электроnодоrрев кислородноrо дат'l-lка ускоряет ero подrотовку к работе. Сиrнальными проводами датчик соединен с ЭБУ впрыска. Коrда в UИЛИНАРЫ посl)'Пает бедная смесь (а > 1). ю концентрация кислорода в выхлопных rазах чуrь выше штатной (при а = 1). датчик КА выдает низ­ ~«>е напряжение (около 0.1 В), и ЭБУ по этому сиrналу корректирует время продолжите11ЬНости впрыска бен­ зина в сюрону ero увеличения . Коэффициент а снова приближается к единице. При работе двиrателя на бо­ rатой смеси кислородный датчик выдает напряжение около 0,9 В и работает в обратном порядке. Интересно отметить. что кислородный датчик участ­ вует в процессе смесеобразования только на режимах работы двиrателя, при которых обогащение ТВ-смеси оrраничено значением а С!: 0,9. Это такие режимы, как наrрузка на низких и средних оборотах и холостой ход на проrретом даигатеt.е . В противном случае датчик КА отключается (блокируется) в ЭБУ и коррекция со­ става ТВ-смеси по концентрации кислорода в отрабо­ тавших rазах не осушествляется. Это имеет место, на­ пример, в режимах пуска и проrрева холодноrо двиrа­ теля и на ero форсированных режимах (разrона и пол­ ной наrрузки). В этих режимах требуется ЗНЗ'l-1Те/\ЬНое обогащение ТВ-смеси и поэтому срабатывание КИС/\0- родноrо датчика ("прижvt.IЗЮЩеrо" коэффициент а к единк~е) здесь недопустимо. :142 о На рис. 14.7 приведена функционЗ/\ЬНая схема системы впрыска "Mono-Jetronic" со всеми составны­ ми ее компонентами. Любая система Вf1)ЫСКа в своей тоnливоподающей подсистеме обязате/\ЬНО содержит замкнутое тоnлvе­ ное кОllЬЦО, которое начинается от бензобака и закан­ чивается там же. Сюда входят: бензобак ББ, злектро­ бензонасос ЭБН, фильтр тонкой очистки топлива ФТОТ, распределитель топлива РТ (в системе "Мono­ Jetronic" - это центральная форсунка впрыска) и регу­ лятор давt.еНия РА. работающий по принципу стравли­ ваощеrо клапана при превышении заданного рабоче­ rо даВJ\ения в замкнутом KOllЫJe (для системы "Мorю­ Jetronic" 1 ...1 .1 бар). замкнутое топливное кольцо выполняет три функции: - с помощью реrулятора давления помержива­ ет требуемое постоянное рабочее давление для рас­ пределителя тоnлvва; - с помощью подпружиненной диафрагмы в ре­ rуляторе давления сохраняет некоторое остаточное давление (О.5 бар) после выключения двиrателя, бла­ rодаря чему не допускается образование паровых и воздушных пробок в топливных маrистралях при ос­ тывании двиrателя; - обеа~еч.1вает охлаждеt11е системы В/1)ЫСКЗ за счет ПОСТОЯЖОЙ ~f\Яl..J.1И бензина no ЗСМ<ЩПJМу КОН!)РУ. В ЗЭКЛI0ЧеК1е слещет отметить, что сисrема "Мono­ Jetronic" исnользсвалась только на леrковых автомоб1+ лях среднеrо rюrребительскоrо класса, например Та<ИХ. как :заnадНОfерманские автомобили; "Vol<swagen- Passat". "Volkswagen-Polo" . "Aud-80 ".
= Глава пятнадцатая СИСТЕМА ВПРЫСКА ТОПЛИВА ' "Mono-Motronic'' Система "Mono-Motronic" nреАставляет собой комплексную систему управления бензиновым АSНrателем АЛЯ легковых автомобилей среАНеrо потребительского класс