Автор: Чижков Ю.П.
Теги: техника средств транспорта автодорожный транспорт машиностроение электрооборудование автомобили
ISBN: 5-217-03122-0
Год: 2002
Похожие
Текст
Ю.П. Чижков
Электро-
оборудование
автомобилей
Курс лекций
Машиностроение
Ю.П. Чижков
Электро-
оборудование
автомобилей
Курс лекций
Часть I
НовосиС>4ч к j
государе г. .и л,с г э
технического у<. 1 ;..д тиа
Издательство «Машиностроение» 2002
УДК 629.113.006
ББК 39.33-04
4-59
Чижков Ю.П.
4-59 Электрооборудование автомобилей. Курс лекций. Ч. 1. М.:
Издательство "Машиностроение". 2002. - 240 с., ил.
ISBN 5-217-03122-0
Рассмотрены подробно устройство и принципы работы систем электрического
и электронного оборудования: аккумуляторные батареи, генераторные установки,
регуляторы напряжения, электростартеры, устройства для облегчения пуска
двигателей при низких температурах, электронные системы управления двигателя.
Отличительные особенности материала: подробность и новизна.
Для студентов, обучающихся по специальности "Электрооборудование
автомобилей и тракторов", "Автомобиле- и тракторостроение", преподавателей,
инженерно-технических работников и лиц, интересующихся устройством
электрооборудования автомобилей.
ISBN 5-217-03122-0
ББК 39.33-04
© Издательство
’’Машиностроение”, 2002
Предисловие
Курс лекций по электрооборудованию автомобилей написан в
соответствии с программой дисциплины ’’Электрооборудование
автомобилей и тракторов” учебного плана специальности 180800
"Электрооборудование автомобилей и тракторов”, которая читается на
кафедре ’’Автотракторное электрооборудование” Московского
государственного технического университета ’’МАМИ”. В курсе лекций
отражен многолетний опыт кафедры ’’Автотракторное электрооборудо-
вание" университета по подготовке специалистов по автотракторному
электрооборудованию и автомобильной электронике.
В курсе лекций изложены материалы по устройству, принципу работы,
техническим и регулировочным характеристикам систем и приборов
электрического и электронного оборудования автомобилей. Особое
внимание уделено описанию устройства и принципа действия современ-
ных приборов и систем автоматического управления, получающих все
большее распространение на автомобилях.
В первую часть курса лекций вошли 26 лекций по 7 темам, в которых
рассматриваются общие требования к автомобильному электрооборудо-
ванию, классификация, условия работы, устройство, принцип работы,
технические характеристики стартерных аккумуляторных батарей,
автомобильных вентильных генераторов, регуляторов напряжения,
электростартеров, устройств для облегчения пуска автомобильных
двигателей при низких температурах, электронных систем управления
двигателем.
Объем каждой лекции определялся исходя из выделяемого програм-
мой дисциплины времени с учетом использования технических средств
обучения для представления конструкций изделий автомобильного
электрооборудования и их схем.
Курс лекций предназначен для студентов высших технических учебных
заведений специальностей ’’Электрооборудование автомобилей и
тракторов” и ’’Автомобиле- и тракторостроение", может быть полезен
для преподавателей и учащихся средних профессиональных учебных
заведений автомобильного профиля, а также для работников автотран-
спортных предприятий и автолюбителей.
Директор ФГУП "НИИАЭ" А.К. Старостин
Д-р техн, наук, проф., акад. АЭН РФ
3
Тема 1. Общие требования к автомобильному
электрооборудованию
Лекция 1. Основные сведения об электрооборудовании
Назначение электрооборудования
Электрооборудование автомобиля обеспечивает надежное функциони-
рование силовой установки, трансмиссии и ходовой части, безопасность
движения, автоматизацию рабочих процессов и нормальные условия
труда водителя.
Число изделий электрического и электронного оборудования на
автомобилях постоянно возрастает. Пуск двигателя, зажигание рабочей
смеси в цилиндрах двигателя, освещение дороги ночью, осуществление
контроля работы отдельных агрегатов и узлов, а также автомобиля в
целом, создание комфортных условий для пассажиров - все это функции
электрического и электронного оборудования.
Применение электронных элементов для регулирования работы
двигателя позволяет обеспечить экономию топлива, осуществить текущее
диагностирование, снизить токсичность отработавших газов, оптимизи-
ровать работу системы охлаждения, объединить системы топливоподачи
и зажигания в одну.
Использование микропроцессоров и микроЭВМ в системах
автомобильного электрооборудования привело к его значительному
усложнению. Согласно статистическим данным, на долю электрообору-
дования приходится от 15 до 40 % неисправностей автомобиля,
возникающих в эксплуатации. Своевременно проведенные техническое
обслуживание и диагностирование наряду с совершенствованием
конструкции и качества изготовления изделий автомобильного
электрооборудования способствуют снижению доли их отказов.
Классификация и состав системы электрооборудования
Электрооборудование автомобиля представляет собой сложный
комплекс взаимосвязанных электрических и электронных устройств.
4
Автомобильное электрооборудование включает следующие системы
и устройства:
электроснабжения;
электростартерного пуска двигателя;
зажигания;
освещения, световой и звуковой сигнализации;
информации и контроля технического состояния автомобиля и его
агрегатов;
электропривода;
подавления радиопомех;
электронного управления агрегатами автомобиля.
В систему электроснабжения входят генераторная установка и
аккумуляторная батарея.
К системе электростартерного пуска двигателя относят аккумулятор-
ную батарею, электростартер, реле управления (дополнительные реле
и реле блокировки) и электротехнические устройства облегчения пуска
двигателя.
Система зажигания обеспечивает воспламенение рабочей смеси в
цилиндрах двигателей искрой высокого напряжения, возникающей между
электродами свечи зажигания. Помимо свечей к системе зажигания
относятся катушка зажигания, прерыватель-распределитель, транзистор-
ный коммутатор, добавочный резистор, высоковольтные провода,
наконечники свечей и т.д.
Система освещения и световой сигнализации объединяет осветитель-
ные приборы (фары головного освещения), светосигнальные фонари
(габаритные огни, указатели поворота, сигнал торможения, фонари
заднего хода и др.) и различные реле управления ими.
Система информации и контроля технического состояния автомобиля
и его агрегатов включает датчики и указатели давления, температуры,
уровня топлива в баке, спидометр, тахометр, сигнальные (контрольные)
лампы и т.д. На автомобиле может быть установлена бортовая система
контроля с компьютером.
Электропривод (электродвигатели, моторедукторы, мотонасосы)
находит все большее применение в системах стеклоочистки, отопления,
вентиляции, предпускового подогрева двигателя, в стеклоподъемниках,
в системах подъема и опускания антенны, блокировки дверей.
Для подавления радиопомех используются разнообразная коммутаци-
онная и защитная аппаратура, выключатели, переключатели, реле
различного назначения, контакторы, предохранители и блоки предохра-
нителей, соединительные панели и разъемные соединения.
5
Расширяется применение электронных систем впрыскивания топлива,
антиблокировочных, противобуксовочных и навигационных систем,
систем предотвращения столкновений.
Число и мощность потребителей электроэнергии на автомобилях
постоянно увеличиваются, соответственно возрастает мощность
источников электрической энергии. На смену устаревшему электрообору-
дованию приходят новые, более сложные по конструкции и схемным
решениям электрические и электронные изделия и системы.
От совершенства конструкции и технического состояния электрообо-
рудования зависят эксплуатационная надежность и производительность
автомобиля.
Условия эксплуатации электрооборудования.
Основные технические требования
Условия работы электрооборудования на автомобилях зависят от
климатической зоны эксплуатации и места установки отдельных изделий
на автомобиле. Изделия электрооборудования выпускаются в климати-
ческих исполнениях У (для умеренного климата), ХЛ (для холодного
климата), Т (для тропического климата), О (общеклиматическое
исполнение). Исполнения типа У-ХЛ, У-Т и т.д. предусматривают
возможность эксплуатации электрооборудования в нескольких
климатических районах.
В зависимости от климатического исполнения электрооборудование
автомобилей должно быть работоспособным в условиях, указанных в
табл. 1. Кроме того, изделия электрооборудования должны сохранять
работоспособность после воздействия температур -60 °C для исполнения
ХЛ, -50 °C для исполнения У и -45 °C для исполнения Т (во время
транспортирования и нерабочих периодов автомобиля).
Изделия электрооборудования должны выдерживать также значитель-
ные вибрационные и ударные нагрузки, указанные в табл. 2.
Допустимые значения превышений температур для электрических
машин и аппаратов длительного режима работы при температуре
окружающей среды +70 °C приведены в табл. 3.
Изделия автомобильного электрооборудования должны быть
защищены от проникновения посторонних тел, пыли, брызг, воды,
обеспечивать надежную и безотказную работу в эксплуатации в течение
требуемого срока службы. Ресурс изделий электрооборудования
измеряется числом часов работы двигателя или числом включений, а
также пробегом автомобиля в километрах. Защита от коррозии должна
осуществляться лакокрасочными, гальваническими, химическими
покрытиями или их сочетаниями.
6
Таблица 1
Условия эксплуатации изделий электрооборудования
Температурные и атмосферные условия Климатическое исполнение
У хл Т
Максимальная температура окружающей среды, °C, для изделий, устанавливаемых: на двигателе и в моторном отсеке в кабине или снаружи 70 55/65 80,90 55/65 100* 55/65
Минимальная температура окружающей среды, °C, для изделий, устанавливаемых: снаружи или в кабине, а также для тех, которые должны работать до предпускового подогрева на двигателе и в моторном отсеке и включаемых только после предпуско- вого подогрева -45 (~40)*7~50 (-45) —40 -60 (-55)**/-60 —40 -20/-45 -20
Относительная влажность воздуха для всех изделий при температуре (40±2) °C 95±3 95±3 95±3
Минимальное давление для изделий, кПа (на высоте 4000 м над уровнем моря) 61 61 61
* Температура для изделий выбирается из приведенного ряда и устанавливается в
стандартах или технических условиях на изделия.
В скобках указана температура для изделий, разработанных до 09.01.88 г.
Примечание. В числителе приведены рабочие температуры, в знаменателе -
предельные.
Допустимые вибрационные и ударные нагрузки
для изделий автомобильного электрооборудования
Таблица 2
Изделия Частота вибрации, Гц, при ис- пытаниях Максимальное ускорение(или замедление), м-с-2 Продолжитель- ность испыта- ний
периодических типовых
Устанавливаемые на двигателе Остальные 50/- 50/- 50-250/- 50-250/- 100/150 50/100 8 ч/ЮОО ударов 8 ч/ЮОО ударов
Примечание. В числителе приведены данные для вибрационной нагрузки, в
знаменателе - для ударной.
7
Таблица 3
Допустимые тепловые нагрузки электрических машин
и аппаратов длительного режима работы
Части электрических машин и аппаратов Допустимые превышения температуры, °C, для классов изоляционных материа- лов
А Е В г Н
Обмотки генераторов и электродвигате- лей - - 125 140 -
Коллекторы и контактные кольца 100 125 145 155 160
Обмотки реле различного назначения - - 130 145 -
Изделия электрооборудования должны быть совместимы между собой
и внешней средой и должны сохранять работоспособность в условиях
электромагнитного воздействия в соответствии с табл. 4.
Изделия электрооборудования могут быть рассчитаны на продолжи-
тельный номинальный режим работы, кратковременный номинальный
режим работы с длительностью периода неизменной номинальной
нагрузки 5, 10 и 30 мин и повторно-кратковременный номинальный
режим с продолжительностью включения 15, 25,40 и 60 %.
Таблица 4
Параметры импульсных напряжений бортовой сети в аномальных
и нормальных режимах эксплуатации
Номиналь- ное напряжение, В Уровень напряжения (мгновенные значения), В, не более, при длитель- ности на этом уровне, мкс
0,3 10 0,3-1 о-3 10-1 о-3 300-1 о-3
Аномальные режимы эксплуатации
14(12) 150/-20 112/-28 62/0 42/3 21/6
28 (24) 150/-56 112/-56 84/0 58/7 42/14
Нормальные режимы эксплуатации
14(12) 42/6 42/6 28/6 23/8 17,5/10,5
28 (24) 56/14 56/14 56/14 45/15,5 • 35/21
Примечание. В числителе указаны максимальные значения, в знаменателе -
минимальные.
8
Изоляция обмоток и токоведущих деталей изделий электрооборудова-
ния относительно корпуса должна выдерживать без повреждений в
течение 1 мин воздействие синусоидального переменного напряжения
частотой 50 Гц, действующие значения которого указаны в табл. 5.
Электрические машины должны выдерживать испытание на
повышенную частоту вращения коленчатого вала в режиме холостого
хода в течение 20 с (стартеры и другие электрические машины с режимом
работы менее 1 мин) и 2 мин (остальные электрические машины).
Испытательная частота вращения коленчатого вала должна быть на 20 %
выше частоты вращения коленчатого вала в режиме холостого хода для
стартера.
Степень искрения (класс коммутации) по шкале ГОСТ 183-74 должна
быть не более 1 для электрических машин продолжительного режима
работы, не более 2 для электрических машин повторно-кратковремен-
ного, перемежающегося и кратковременного режимов работы (продол-
жительностью 5 мин и более) и не более 3 для электрических машин
кратковременного режима работы продолжительностью 3 мин и
менее.
Изделия автомобильного электрооборудования должны работать в
однопроводной схеме, в которой с корпусом автомобиля соединен
отрицательный полюс системы. Допускается изготовление изделий, у
которых от корпуса изолированы оба полюса.
Таблица 5
Электрическая стойкость изоляции
Детали изделий Действующее напряжение, В
1. Обмотки электрических машин и аппаратов, токоведущих деталей этих изделий, обмотки контрольно-измерительных прибо- ров и их датчиков, токоведущие детали коммутационной аппара- туры, работающие в главных цепях или цепях, содержащих индук- тивность, элементы цепей низкого напряжения аппаратов зажига- ния, звуковых сигналов 550
2. Обмотки и токоведущие детали электродвигателей с электро- магнитным возбуждением 250
3. Токоведущие детали коммутационной аппаратуры (за исключе- нием указанных в п. 1), установочных изделий, осветительных и светосигнальных приборов 220
4. Токоведущие детали и элементы цепей высокого напряжения аппаратов зажигания 22000
9
Уровень радиопомех изделий электрооборудования, автоэлектрони-
ки и приборов не должен превышать значений, предусмотренных ГОСТ
17822-91. Для удовлетворения этих требований изделия электрооборудо-
вания и автоэлектроники имеют следующие исполнения: неэкранирован-
ное; с частичным экранированием; экранированное.
Для снижения уровня радиопомех применяются помехоподавляющие
устройства:
неэкранированные или экранированные наконечники искровых свечей
зажигания;
высоковольтные провода с распределенным сопротивлением;
фильтры радиопомех;
помехоподавительные резисторы в роторах распределителей или в
искровых свечах зажигания.
Направление вращения валов изделий электрооборудования
определяется следующим образом:
электрические машины с одним свободным концом вала (генераторы,
стартеры, электродвигатели), магнето, датчики дистанционных
спидометров и тахомотосчетчиков - со стороны привода;
спидометры - со стороны шкалы;
электрические машины с двумя свободными концами вала и
остальные приборы - со стороны, указанной изготовителем.
Номинальные параметры
Номинальные параметры изделий автомобильного электрооборудова-
ния (номинальная мощность, номинальная сила тока, номинальное
напряжение и др.) относятся к работе при температуре (25±10) °C,
относительной влажности 45-80 % и давлении 86,6-106,6 кПа
(650-800 мм рт.ст.). В условиях, отличающихся от указанных, номиналь-
ные параметры могут быть изменены на величину, оговоренную в
стандартах на отдельные виды изделий. Все номинальные параметры
измеряются при номинальном напряжении.
Номинальное напряжение системы электрооборудования автомо-
биля должно быть равно 12 или 24 В. Номинальное напряжение
потребителей электроэнергии - 12 или 24 В, а источников (генератор-
ных установок) - 14 и 28 В.
Потребители электроэнергии, работающие при движении, должны
быть работоспособными при изменении подводимого напряжения в
пределах от 90 до 125 % установленного для них номинального
напряжения.
10
Системы условных обозначений изделий электрооборудования
В соответствии с отраслевой нормалью ОН 025.215—69 для изделий
автотракторного электрооборудования используются цифровое
обозначение - 0000.0000, где первые два знака обозначают порядковый
номер модели (первая модель - 11, вторая модель - 12 и т.д.), третий
знак - модификации изделий, четвертый - исполнение (табл. 6), четыре
знака после точки указывают на номер типовой подгруппы (табл. 7).
Пример. 111.3711 - первая модель, первая модификация фары
рабочего освещения.
Таблица 6
Обозначение исполнения изделия
Цифровой код обозначения Исполнение
0001.0000 Для холодного климата
0002.0000 Общеклиматическое исполнение
0003.0000 Для умеренной климатической зоны
0006.0000 Экспортное исполнение
0007.0000 Тропическое исполнение
0008.0000 Для изделий, предназначенных на экспорт в страны с холодным климатом
0009.0000 Для изделий общеклиматического исполнения, предназначенных на экспорт
Таблица 7
Обозначение типовых подгрупп изделий электрооборудования,
применяемых на автомобилях
Номер подгруппы Изделие
3701 Генератор
3702 Реле-регулятор (регулятор напряжения)
3703 Аккумуляторная батарея
3707 Свечи и провода зажигания
3708 Стартер и выключатель стартера
3709 Переключатели
3710 Выключатели
3711 Фары
3712 Подфарники и передние указатели поворотов
11
Номер подгруппы Изделие
3713 Патрон ламп
3714 Плафоны внутреннего освещения
3715 Лампы (переносная и подкапотная)
3716 Задние фонари (сигнальные и осветительные)
3717 Фонари освещения номерного знака
3720 Выключатели сигнала торможения
3721 Звуковые сигналы
3722 Предохранители электропроводов (панели, штепсельные розетки
и т.д.)
3724 Электропровода
3726 Указатели поворотов
3730 Электродвигатели
3737 Выключатели массы
3740 Свечи накаливания
3741 Электрооборудование пусковых подогревательных и отопитель-
ных устройств
3747 Реле различного назначения
3759 Преобразователи напряжения
3802 Спидометры
3803 Фонари контрольных ламп
3805 Щитки приборов
3806 Приемники указателей топлива
3807 Приемники указателей температуры
3808 Приемники указателей давления
3810 Приемники указателей давления масла
3811 Указатели тока
3812 Указатели напряжения
3818 Счетчики моточасов
3827 Датчики указателей уровня топлива
3828 Датчики указателей температуры
3829 Датчики указателей давления
3832 Датчики температуры блока двигателя
3839 Приборы и средства сигнализации
3844 Сигнализаторы температуры
5205 Стеклоочистители
5208 Стеклоомыватели
12
Тема 2. Аккумуляторные батареи
Лекция 2. Основные сведения об устройстве
аккумуляторных батарей
Классификация
На автомобилях применяют стартерные свинцовые аккумуляторные
батареи. Аккумуляторная батарея обеспечивает питание электростарте-
ра при пуске двигателя и других потребителей электроэнергии при
неработающем генераторе или его недостаточной мощности. Электро-
стартер является основным потребителем энергии аккумуляторной
батареи. Работа в стартерном режиме определяет тип и конструкцию
батареи.
По конструктивно-функциональному признаку (ГОСТ 959—91)
различают (рис. 1) батареи:
обычной конструкции - в моноблоке с ячеечными крышками и
межэлементными перемычками над крышками;
в моноблоке с общей крышкой и межэлементными перемычками под
крышкой;
необслуживаемые - с общей крышкой, не требующие ухода в
эксплуатации (термин "батареи необслуживаемые" - условный, так как
обслуживать их в эксплуатации все-таки требуется, хотя и в значительно
меньшем объеме).
Условия работы
Режим работы аккумуляторной батареи на автомобиле характеризует-
ся температурой электролита, уровнем вибрации и тряски, периодичнос-
тью, объемом и качеством технического обслуживания, параметрами
стартерного разряда, силой токов и продолжительностью разряда и
заряда при циклировании, уровнем надежности и исправности
электрооборудования, продолжительностью работы и перерывов в
эксплуатации.
Аккумуляторные батареи могут эксплуатироваться при температуре
окружающего воздуха от -40 до +60 °C (батареи обычной конструкции)
и от -50 до +60 °C (батареи с общей крышкой и необслуживаемые). При
13
Рис. 1. Аккумуляторные батареи:
а - с ячеечными крышками; б, в, г - с межэлементными перемычками через перегородки;
1 - опорные призмы моноблока; 2 - моноблок; 3 - полублок отрицательных электродов;
4 - баретка; 5 - пробка; 6- межэлементная перемычка; 7- крышка; 8 - полюсный вывод;
9 - сепаратор; 10 - борн; 11 - мостик; 12 - полублок положительных электродов; 13 -
перегородки моноблока; 14 - индикатор уровня жидкости; 15 ~ положительный электрод;
16- отрицательный электрод; /7 - выступ моноблока; /Я - переносное устройство
14
этом рабочая температура электролита должна быть не выше 50 °C
(ГОСТ 959-91).
При повышении температуры электролита быстрее разрушаются
электроды, ускоряется сульфатация. Для уменьшения химической
активности электролита его плотность в жарких и теплых влажных
климатических районах понижают.
При недостаточной плотности электролита и значительной разряжен-
ное™ батареи возможно замерзание электролита. Поэтому батареи,
эксплуатируемые при низких температурах, рекомендуется заполнять
электролитом большей плотности и содержать в заряженном состоянии.
При начальной плотности 1,30 г/см3 электролит даже полностью
разряженной батареи может замерзнуть при температуре -14 °C. С
уменьшением начальной плотности до 1,24 г/см3 возникает опасность
замораживания батареи уже при температуре -5 °C.
Низкие температуры значительно ухудшают условия заряда
аккумуляторных батарей. Уже при температуре -10 °C батарея,
разряженная на 50 %, может быть заряжена только на 60-65 % номиналь-
ной емкости.
В условиях зимней эксплуатации увеличивается число включаемых
потребителей электроэнергии и время их работы. Резко возрастает сила
тока, потребляемого электростартером. Все это затрудняет обеспечение
положительного зарядного баланса батареи на автомобиле. При
температурах ниже -10 °C для поддержания батареи в заряженном
состоянии необходимо повышать регулируемое напряжение генератор-
ной установки автомобиля. Зарядное напряжение должно соответство-
вать значению, указанному в техническом описании и инструкции по
эксплуатации автомобиля. Максимальное регулируемое напряжение
генераторной установки не должно превышать 15,5 и 31,0 В соответствен-
но для 12- и 24-вольтных систем электрооборудования.
Основные требования
Батареи с общей крышкой и необслуживаемые должны изготовляться
в климатическом исполнении О, а батареи обычной конструкции - в
климатическом исполнении УХЛ и Т категории размещения 2 по ГОСТ
15150-69.
К аккумуляторным батареям на автомобилях должен быть обеспечен
свободный доступ для осмотра и технического обслуживания. Аккумуля-
торную батарею размещают ближе к стартеру для уменьшения длины
стартерного провода и падения напряжения в нем. Массовый провод
батареи крепят к двигателю или жесткой раме. Не допускается креп-
ление массового провода к тонкостенной части кабины (меньше
15
1,2 мм) или крылу автомобиля, а также на окрашенную поверхность
без применения шайб-звездочек.
Вибрация в местах установки аккумуляторных батарей не должна
характеризоваться ускорением более 1,5 g (14,7 м/с2) в диапазоне частот
до 60 Гц. Допускается кратковременная вибрационная нагрузка с
ускорением 5 g при частоте 30 Гц. При вибрации и тряске батарея не
должна перемещаться по опорной площадке. Посадочные места должны
иметь амортизаторы и амортизационные прокладки.
Минимальный срок службы батарей обычной конструкции и с общей
крышкой в эксплуатации должен составлять 1 год при наработке
транспортного средства в пределах этого срока не более 150 тыс. км
пробега или 2 года при наработке транспортного средства в пределах
этого срока не более 90 тыс. км пробега. Минимальный срок службы
необслуживаемых батарей в эксплуатации должен составлять 3 года при
наработке транспортного средства в пределах этого срока службы не
более 100 тыс. км пробега. Минимальный срок службы или наработка
батареи в эксплуатации считается до момента снижения емкости ниже
40 % от номинальной или снижения продолжительности стартерного
разряда ниже 1,5 мин при температуре электролита (25±2) °C до
конечного разрядного напряжения 4,5 В для 6-вольтных батарей и 9,0 В
для 12-вольтных батарей.
Устройство батареи
Батарея в зависимости от требуемого напряжения содержит 3 или 6
последовательно соединенных аккумуляторов.
В стартерных свинцовых батареях (рис. 2) положительные 3 и
отрицательные 4 электроды имеют решетку 1 с нанесенной на нее
активной массой. Для предохранения от коротких замыканий электроды
разделены сепараторами 2.
Положительные и отрицательные электроды соединены бареткой в
полублоки 12 и 5. При сборке в блок 6 между электродами устанавливают
сепараторы. Блоки электродов опускаются в секцию моноблока и
соединяются между собой межэлементными перемычками, которые в
зависимости от конструкции батареи могут быть снаружи или внутри
крышки 9. Для того чтобы при изменении уровня электролита не
повредить края сепаратора и пластин в батареях, кроме необслужи-
ваемых, сверху пластин размещают пластмассовый предохранитель-
ный щиток. В каждую из секций моноблока батареи заливается
электролит.
Электроды. В полностью заряженной свинцовой батарее активным
веществом положительных электродов является диоксид свинца РЬО2
16
9
Рис. 2. Устройство аккумуляторной батареи:
1 - решетка; 2 - сепаратор; 3,4- электроды соответственно положительный и отрицатель-
ный; 5 - полублок отрицательных электродов; 6 - блок электродов с сепараторами; 7-
корпус моноблока; 8 - полюсный вывод; 9 - общая крышка; 10 - пробка; 11 - мостик с
борном; 12 - полублок положительных электродов
(темно-коричневого цвета), а отри-
цательных - губчатый свинец РЬ
(серого цвета).
Решетки электродов выполняют
функции подвода тока к активной
массе при ее заряде и токоотвода
при ее разряде, а также механичес-
кого удержания активной массы.
Одинаковые по конструкции
решетки положительных и отри-
цательных электродов имеют
(рис. 3, а) ушки 7, рамку 2 с верти-
кальными ребрами и горизонталь-
ными жилками, опорные ножки 3.
Рис. 3. Решетки электродов:
а - отрицательных и положительных из
сурьмянистых сплавов; б - с металлической
освинцованной сеткой; / - ушко; 2 - рамка;
3 - ножки; Н - высота; L - ширина
6)
17
В некоторых решетках в случае применения сепараторов-конвертеров
ножки имеют меньшую высоту или отсутствуют. Профиль ребер и жилок
обеспечивает легкое извлечение решетки из литейной формы и хороший
контакт между активной массой и решеткой.
Освинцованная сетка металлической решетки с увеличенной
поверхностью (рис. 3, б) имеет лучшее сцепление с активным веществом
электрода, уменьшая действие коррозии и увеличивая срок службы
батареи.
Решетки электродов должны обеспечивать равномерное токораспреде-
ление по всей массе активных веществ. Степень неравномерности
токораспределения на электродах зависит от отношения высоты к
ширине электродов H/L. С приближением этого отношения к единице
(квадратный электрод) степень неравномерности токораспределения
снижается. В стартерных батареях обычной конструкции применяют
электроды шириной 143 мм и высотой без ножек 119 и 133,5 мм.
Толщина решеток электродов зависит от режимов работы и
установленного срока службы батареи. Для автомобильных батарей
толщина решеток равна 1,5—2 мм.
Решетки отрицательных электродов имеют меньшую толщину, так
как они менее подвержены коррозии. Масса решетки составляет до 50 %
массы электрода.
Решетки электродов отливают из сплава свинца и сурьмы с содержа-
нием сурьмы 4-6 % и добавлением мышьяка (0,1-0,2 %). Сурьма
увеличивает механическую прочность и коррозионную стойкость
решетки, повышает ее твердость, улучшает текучесть сплава при
изготовлении решеток, снижает их окисление при хранении. Добавка
мышьяка увеличивает коррозионную стойкость решеток, заметно
повышает предел прочности на разрыв и твердость. Легирование
мышьяком свинцово-сурьмянистых сплавов решеток электродов
позволяет увеличить срок службы батарей.
Ячейки решеток электродов заполнены пористой активной массой.
Основой пасты электродов является свинцовый порошок, замешиваемый
в водном растворе серной кислоты. Для увеличения прочности активной
массы в пасту положительных электродов добавляют полипропиленовое
волокно. Добавление волокна повышает механическую прочность пасты
и увеличивает пористость активной массы положительного электрода
с 40 до 50 %, в результате чего повышается срок службы и улучшаются
энергетические характеристики батареи на 9-15 %. Содержание волокна
и капрона или пропилена диаметром 25 мкм, длиной 3-5 мм составляет
0,4 % сухой массы активного вещества. Уплотнение активного вещества
отрицательных электродов в процессе эксплуатации предотвращается
18
благодаря добавлению в пасту расширителей (сажа, дубитель, гумматы,
получаемые из торфа, и т.д.) в смеси с серно-кислым барием.
Пористая структура активной массы электродов обеспечивает лучшее
проникновение электродов в глубинные слои и повышает коэффициент
активных веществ. Активная поверхность пористой массы (поверхность,
непосредственно контактирующая с электролитом) в сотни раз
превышает геометрическую поверхность электрода.
Губчатый свинец отрицательного электрода имеет меньшее удельное
сопротивление (1,83-10“4 Ом-см) по сравнению с диоксидом свинца
(74-10”4 Ом-см) положительного электрода, обладает большей механичес-
кой прочностью, меньше подвержен короблению и коррозии, поэтому
отрицательные электроды имеют меньшую толщину.
Омическое сопротивление решеток стартерных батарей толщиной
2,2-2,5 мм находится в пределах 1,8—2,4 мОм, толщиной 1,6—1,8 мм - в
пределах 2,4-3,0 мОм. В заряженном состоянии сопротивление
отрицательного электрода составляет 62-70 % сопротивления решетки,
а положительного 92-98 %. По мере разряда батареи сопротивление
электродов приближается к сопротивлению решеток.
Отрицательные и положительные электроды, как уже указывалось,
с помощью бареток соединены в полублоки. Баретки имеют мостики,
к которым ушками приварены решетки электродов, и выводные штыри
(борны). Борны являются токоотводами полублоков электродов.
Мостики обеспечивают необходимый зазор между электродами. С
увеличением числа параллельно соединенных электродов в полублоках
увеличивается номинальная емкость аккумулятора.
Полублоки объединены в блоки электродов. В зависимости от
предъявляемых к батарее требований соотношение между числом
положительных и отрицательных электродов может быть различным.
Однако число разнополярных электродов отличается не более чем на
единицу. Обычно отрицательных электродов в блоках на один больше,
чем положительных. В токообразующих реакциях участвует относитель-
но большее количество активного вещества положительных электродов.
Находясь между двумя отрицательными электродами, положительный
электрод при заряде и разряде подвергается меньшим изменениям
активной массы и меньше деформируется. При таком соотношении
положительные электроды, как правило, на 10-20 % толще отрицатель-
ных, а толщина крайних отрицательных электродов на 40 % меньше
толщины положительных. В некоторых батареях число разнополярных
электродов одинаково или больше положительных электродов. В этих
случаях оба электрода имеют одинаковую толщину.
19
Лекция 3. Сепараторы, моноблоки, крышки, пробки
Сепараторы
Электроды в блоках разделены сепараторами, которые, предотвращая
короткое замыкание между разнополярными электродами, обеспечивают
необходимый для высокой ионной проводимости запас электролита в
междуэлектродном пространстве и возможность переноса электрического
заряда от одного электрода к другому. Кроме того, сепараторы
фиксируют положение электродов, предупреждая их перемещение при
тряске и вибрации. В некоторых конструкциях аккумуляторных батарей
(рис. 1) блок электродов 3 крепится дополнительно к баретке 1 с
помощью полиуретана 2, что значительно повышает стойкость
аккумуляторной батареи к вибрации.
Технические показатели сепараторов существенно влияют на работу
свинцовой аккумуляторной батареи. От омического сопротивления
сепараторов зависит внутреннее падение напряжений в аккумуляторной
батарее. Сепараторы замедляют оплывание активной массы положитель-
ных электродов, скорость сульфатации отрицательных электродов,
продлевая срок службы аккумуляторной батареи.
Сепараторы должны обладать высокой пористостью, достаточными
механической прочностью, кислотостойкостью, эластичностью,
минимальной гироскопичностью при длительном хранении аккумулятор-
ной батареи в сухозаряженном состоянии и должны сохранять свои
свойства в широком диапазоне температур. Сопротивление сепаратора,
пропитанного электролитом, должно быть меньше, чем сопротивление
такого же по объему и геометрическим размерам слоя электролита.
В стартерных свинцовых батареях устанавливают сепараторы из
мипора, мипласта, поровинила, пластипора (табл. 1).
Мипор (микропористый эбонит) получают в результате вулканиза-
ции смеси натурального каучука с силикагелем и серой. Промышлен-
ность выпускает сепараторы из мипора толщиной 1,1; 1,5; 1,9 мм. К
недостаткам сепараторов из мипора относятся хрупкость, малая ско-
Рис. 1. Крепление блока электродов к
баретке с помощью полиуретана:
1 - баретка; 2 - полиуретан; 3 - блок
электродов
20
Сепараторы для стартерных батарей
Таблица 1
Материал Относительное электросопротив- ление1, не более Объемная пори- стость, %, не менее Масса, кг, сепарато- ра с площадью по- верхности 1 м2
Мипор 5,5 50-60 0,564
Мипласт 5 40-50 0,636
Поровинил 5 75 0,272
Пластипор - 75 0,250
1 Относительное сопротивление - отношение сопротивления сепаратора, пропи- танного электролитом, к сопротивлению слоя электролита той же формы, какую имеет сепаратор.
рость пропитки электролитом, дефицитность сырья и высокая стои-
мость.
Мипласт, или микропористый полихлорвинил, изготовляют из
полихлорвиниловой смолы путем спекания. Сепараторы из мипласта
выпускают толщиной 1,1; 1,3; 1,5; 1,7; 1,9 мм. Технологический процесс
изготовления сепараторов из мипласта проще. Мипласт быстро
пропитывается электролитом, обладает низким относительным
сопротивлением и достаточной механической прочностью. Имея
меньшую пористость и больший диаметр пор по сравнению с мипором,
мипласт менее стоек к образованию игольчатых токопроводящих
мостиков между электродами. Срок службы батарей с сепараторами из
мипласта меньше.
Поровинил получают из пористого полихлорвинила, а пластипор -
из перхлорвиниловой смолы.
Сепараторы из мипора и мипласта при сборке не должны иметь
влажность более 2 %, а также сквозных микроотверстий, которые можно
обнаружить при просвечивании электрической лампой мощностью
100 Вт, расположенной на расстоянии 100 мм от сепаратора.
Механическую прочность сепараторов оценивают по временному
сопротивлению на разрыв, изгиб вокруг валика диаметром 45-60 мм.
Сепараторы представляют собой тонкие (1-2 мм) прямоугольные
пластины с вертикальными ребрами, которые обращены к положительно-
му электроду для лучшего доступа к нему электролита (рис. 2).
21
увеличено
Рис. 2. Сепараторы стартерных свинцовых аккумуляторных батарей:
а - мипласт; б - полиэтилен; в - мипор
Небольшие ребра высотой 0,15-0,20 мм со стороны, обращенной к
отрицательному электроду, снижают вероятность "прорастания"
сепаратора, улучшают условия диффузии и конвекции электролита около
отрицательного электрода.
Сепараторы из мипора и мипласта больше электродов по ширине на
3-5 мм, по высоте на 9-10 мм. Это исключает появление токопроводящих
мостиков по торцам электродов и сепараторов.
В последнее время в необслуживаемых аккумуляторных батареях
применяют также сепараторы-конверты (рис. 3).
Рис. 3. Сепаратор-конверт и его сечение:
1 - электрод; 2 - сепаратор; 3 - ребро сепаратора; Т - расстояние между ребрами
сепаратора
22
Рис. 4. Схемы расположения электродов в аккумуляторных батареях:
а - обычных; 6 - необслуживаемых с сепараторами-конвертами; 1 - блок электродов; 2 -
полюсный вывод; 3 - пробка; 4 - призма моноблока; h - уровень электролита над блоком
электродов
При установке одного из электродов в сепаратор-конверт исключается
замыкание электродов разноименной полярности шламом. Поэтому
можно устанавливать блоки электродов непосредственно на дно
моноблоков без призм и шламового пространства, что позволяет при
сохранении высоты аккумуляторной батареи более чем в 2 раза
увеличить высоту уровня электролита над электродами (рис. 4).
Моноблоки. Крышки. Пробки
Моноблок (корпус) стартерных батарей изготовляют из эбонита
(ГОСТ 6980-76) или пластмассы (ГОСТ 7883-82). Тяжелые и хрупкие
моноблоки из эбонита в настоящее время заменяют моноблоками
из термопласта (наполненного полиэтилена) или тонкостенными
моноблоками из морозостойкого сополимера пропилена с этиленом.
Высокая прочность в широком интервале температур, стойкость к
кислотам, маслам, растворителям и теплостойкость новых моноблоков
позволили уменьшить толщину их стенок до 1,8-2,5 мм (вместо 6-8 мм
для моноблока из эбонита), а перегородок - до 1,2-2,5 мм (соответствен-
но вместо 2,65-5,6 мм).
Внутри моноблок разделен прочными непроницаемыми перегород-
ками на отдельные ячейки по числу аккумуляторов в батареи. В
ячейках моноблока размещают собранные в блоки электроды, раз-
деленные сепараторами. В аккумуляторных батареях с обычными
23
сепараторами на дне каждой ячейки предусмотрены четыре призмы,
образующие пространство для оседающих на дно ячеек батареи активных
веществ электродов (шлама). На каждые две опорные призмы устанавли-
вают разнополярные электроды на опорах, что исключает их короткое
замыкание шламом. На перегородках моноблока предусмотрены
вертикальные выступы (пилястры) для лучшей циркуляции электролита
у электродов, прилегающих к перегородкам.
Применение полипропилена дало возможность при сохранении
достаточной механической прочности существенно уменьшить массу
моноблока. Плотность пропилена равна 0,9 г/см3, а эбонита - 1,4 г/см3.
За счет уменьшения толщины стенок масса полипропиленового
моноблока на 80 % меньше массы эбонитового, что делает батарею более
транспортабельной в процессе эксплуатации. При одинаковых
габаритных размерах в полипропиленовый моноблок можно установить
больше электродов, что увеличивает емкость батареи на 15-20 %.
Моноблок из полипропилена прочнее, труднее разрушается, более
термостоек, полупрозрачен, что упрощает контроль уровня электролита.
Полипропилен более устойчив к воздействию электролита, масел,
пластичных смазочных материалов и бензина.
При соединении аккумуляторов через перегородки уменьшаются
масса свинца и внутреннее сопротивление батареи, что повышает на 10 %
ее мощность. Плотно приваренная к моноблоку общая крышка
предотвращает подтекание электролита и окисление полюсных выводов
в процессе эксплуатации.
Крышки отдельных аккумуляторов или всей батареи изготовляются
из однородного с моноблоком материала. Наиболее распространена
крышка с двумя крайними отверстиями А (рис. 5) для вывода борнов
блока электродов и одним средним резьбовым отверстием Б для
заполнения ячейки моноблока электролитом и контроля его уровня. В
крайние отверстия отдельных крышек запрессованы свинцовые
втулки 7.
В местах стыка отдельных крышек со стенками моноблока батареи
герметизированы битумной мастикой.
Широкие возможности для конструктивных усовершенствований,
позволяющих облегчить техническое обслуживание батареи в процессе
эксплуатации, обеспечивают применение общих крышек, которые
приваривают к моноблокам. Контактно-тепловая сварка пластмассово-
го моноблока 7 и общей крышки 2 создает надежную герметизацию
(рис. 6).
Применение общей крышки на все аккумуляторы батареи
позволяет:
- уменьшить длину межэлементных соединений, что понижает
внутреннее сопротивление батареи;
24
Рис. 5. Крышка отдельных аккумуляторных ячеек моноблока:
А - отверстие для вывода борна; Б - отверстие для заполнения ячейки моноблока
электролитом и контроля его уровня (заливочная горловина); В - вентиляционное
отверстие; 1 - свинцовая втулка
- легче поддерживать чистоту верхней части батареи, чем снижается
вероятность ее саморазряда на крышку;
- усилить крепление отдельных аккумуляторов в батарее.
Однако применение общей крышки имеет и недостатки:
- невозможность измерить напряжение отдельного аккумулятора и
заменить его, если он непригоден;
Рис. 6. Соединение общей крышки с моноблоком:
/ - моноблок; 2 - крышка
25
Рис. 7. Пробки батарей с уплотнением:
а - резиновое уплотнение; б - уплотнение под конус; в - пластмассовое уплотнение; 1 -
корпус пробки; 2 - прилив вентиляционного отверстия; 3 - резиновая шайба;
4 - отражатель; 5 - конусный бортик; 6 - пластмассовый уплотнительный элемент; 7 -
лепестковый отражатель
- невозможность ремонта батарей с общей крышкой.
Заливные отверстия в крышках унифицированы по группам по
метрической резьбе М20, М24 и МЗО и закрыты пробками с вентиляцион-
ными отверстиями.
Пробки изготовляют из эбонита, полиэтилена, полистирола или
фенолита. Пластмассовые пробки имеют меньшую массу и большую
прочность. Для того чтобы предотвратить вытекание электролита
(рис. 7), между уплотнительным бортиком корпуса 7 и заливочной
горловиной крышки устанавливают резиновую шайбу 3. Герметизация
может обеспечиваться также конусным бортиком 5, плотно прилегающим
к горловине отверстия в крышке. В новой конструкции пробок
предусмотрен пластмассовый уплотнительный элемент 6, расположенный
на бортике пробки. Пробки имеют встроенные отражатели 4 и 7, которые
не позволяют электролиту выплескиваться через вентиляционное
отверстие. В пробках новой конструкции отражатель 7 выполнен в виде
лепестков.
Батареи большой емкости снабжены ручками для переноски,
прикрепленными к моноблоку специальными металлическими скобами,
накладками и винтами. Такая конструкция требует дополнительной
оснастки для изготовления крепежных деталей переносных устройств и
увеличивает трудоемкость изготовления батарей. Исполнение перенос-
ных устройств с ручками, расположенными в отверстиях бортика
моноблока, проще. Ручки могут быть жесткими или гибкими, могут
перемещаться в вертикальном направлении и поворачиваться на
некоторый угол по горизонтали. Переносные устройства и места их
крепления должны выдерживать нагрузку, равную двукратному весу
батареи с электролитом.
26
Лекция 4. Соединение аккумуляторов в батареи.
Электролит. Необслуживаемые батареи
Межэлементные перемычки. Полюсные выводы
Для последовательного соединения аккумуляторов в батареи
используют межэлементные перемычки (рис. 1), которые припаивают
к борнам бареток полублоков в таком порядке, чтобы соединить между
собой полублок отрицательных электродов одного аккумулятора с
полублоком положительных электродов рядом расположенного
аккумулятора. При соединении борна с межэлементной перемычкой к
ним приваривается верхняя часть свинцовой втулки, запрессованной в
крышке. Это обеспечивает надежное уплотнение отверстий в местах
выхода борнов.
Укороченные межэлементные перемычки через перегородки
полиэтиленовых моноблоков позволяют уменьшить внутреннее
сопротивление батареи и расход свинцового сплава. Снижение падения
напряжения (рис. 2) на соединительных деталях позволяет иметь большее
на 0,1-0,3 В напряжение на выводах батареи при ее работе в стартерном
режиме.
С целью уменьшения внутреннего падения напряжения в батареях
6СТ-182, 6СТ-190 и ЗСТ-215 борны и межэлементные перемычки
выполнены в виде освинцованных вкладышей из меди, имеющей в 12 раз
большую электропроводность по сравнению со свинцово-сурьмянистыми
сплавами (рис. 3).
Рис. 1. Межэлементные перемычки аккумуляторных батарей:
а - наружные над крышкой; б - внутренние над перегородкой под крышкой; в - внутренние
через отверстия в перегородке; 1 - мостик баретки; 2 - перегородка моноблока; 3 - бори
баретки
27
ли,в
Рис. 2. Зависимость падения напряжения АС/ в перемычке между аккумуляторами от силы
разрядного тока батареи /р при различных способах соединения аккумуляторов:
1 - над крышкой; 2 - под крышкой; 3 - через перегородку
Рис. 3. Токоведущие детали батареи с медными вставками:
а - борн; б - межэлементная перемычка; 7 - медный стержень борна; 2 - свинцово-
сурьмянистый сплав; 3 - медная планка межэлементной перемычки
Поперечное сечение борнов и межэлементных перемычек автомобиль-
ных батарей выбирается из условия, что падение напряжения на каждом
из борнов составляет 16 мВ и на межэлементных перемычках - 20 мВ при
силе тока ЗС20 А.
К борнам крайних аккумуляторов приваривают конусные полюсные
выводы. Размеры выводов стандартизованы (рис. 4). Диаметр конуса у
основания положительного вывода больше, чем у отрицательного (у
зарубежных батарей размер выводов дается по верхнему диаметру
конуса: 17,4 и 15,8 мм соответственно для положительного и отрицатель-
28
Ушах
Рис. 4. Полюсные выводы стартерных батарей:
а - конусные выводы; б - выводы с отверстиями под болт
ного выводов). Этим исключается веро-
ятность неправильного подключения
батареи в систему электрооборудования.
Некоторые батареи имеют выводы
меньших размеров с отверстиями под
болты или винты. Необслуживаемые
аккумуляторные батареи корпорация
Рис. 5. Необслуживаемая свинцовая стартерная
батарея со сдвоенными полюсными выводами:
1 - конусные; 2 - боковые с резьбовыми втулками
29
a)
Рис. 6. Схемы расположения аккумуляторов в отечественных батареях с номинальным
напряжением:
а - 6 В; б, в, г - 12 В
GNB выпускает с обоими типами выводов: конусными 1 на крышке и
боковыми 2 с резьбовыми втулками (рис. 5). Это позволяет обеспечить
подключение к батарее соединительных проводов с различными
конструктивными исполнениями наконечников.
Узлы пайки и токоведущие детали батарей должны выдерживать
прерывистый разряд током силой 9С20 А, но не выше 1700 А в течение
четырех циклов длительностью по 5 с.
В зависимости от емкости батареи, ее номинального напряжения и
типа транспортного средства предусмотрены различные схемы
расположения аккумуляторов в батарее (рис. 6).
Электролит
Электролит готовится из серной кислоты (ГОСТ 667-73*) и дистилли-
рованной воды (ГОСТ 6709-72 ). От химической частоты электролита
зависят характеристики и срок службы батареи. Кислоту подразделяют
на два сорта (А и Б) в зависимости от количества примесей (табл. 1).
Концентрированная серная кислота представляет собой прозрачную
жидкость без цвета и запаха плотностью 1,83 г/см3, в которой
содержится 94 % чистой серной кислоты. Температура кипения кислоты
равна 33 °C.
Температура заливаемого в аккумуляторы электролита должна быть
в пределах 15-30 °C. В зависимости от климатических районов
эксплуатации в батареи заливают электролит различной плотности
(табл. 2), от которой зависит температура его замерзания (табл. 3).
Нормы расхода серной кислоты и дистиллированной воды для
приготовления электролита необходимой плотности приведены в
табл. 4.
30
Таблица 1
Содержание примесей в серной кислоте, %
Примеси Сорт 1(A) Сорт 2(Б)
Железо 0,00600 0,0120
Марганец 0,00005 0,0001
Медь 0,00050 0,0005
Мышьяк 0,00005 0,0001
Оксиды азота 0,00005 0,0001
Тяжелые металлы (в пересчете на свинец) 0,01000 0,0100
Хлористые соединения 0,00030 0,0005
Остаток после прокаливания 0,03000 0,0400
Таблица 2
Плотность электролита
Макрокли- матический район Климатический район (ГОСТ 16350-80); среднемесячная температура воздуха в январе, °C Время года Плотность электролита, при- веденная к температуре 25 °C, г/см3
заливаемого заряженной батареи
Холодный Очень холодный: Зима 1,28 1,30
от -50 до -30 Лето 1,24 1,26
Холодный: от -30 до -15 Круглый год 1,26 1,28
Умеренный Умеренный: от-15 до -3 То же 1,24 1,26
Жаркий сухой: от-15 до 4 и 1,22 1,24
Теплый влажный: от 0 до 4 и 1,20 1,22
31
Таблица 3
Температура замерзания электролита
Плотность электро- лита, приведенная к температуре 25 °C, г/см3 Температура замерзания, °C Плотность электро- лита, приведенная к температуре 25 °C, г/см3 Температура замерзания, °C
1,09 -7 1,24 -50
1,12 -10 1,26 -58
1,14 -14 1,29 -66
1,16 -18 1,30 -68
1,18 -22 1,40 -36
1,20 -28 1,50 -29
1,22 -40 1,70 -14
1,23 -42 1,80 +6
Таблица 4
Нормы расхода компонентов для приготовления 1 дм3 (л) электролита
Требуемая плотность электролита, приведенная к температуре 25 °, г/см3 Требуемое количество компонентов, л
Вода Кислота плотностью 1,83 г/см3 Вода Электролит плотностью 1,40 г/см3
1,20 0,859 0,200 — —
1,21 0,849 0,211 0,475 0,525
1,22 0,839 0,221 — —
1,23 0,829 0,231 0,425 0,575
1,24 0,819 0,242 0,400 0,600
1,25 0,809 0,252 0,375 0,625
1,26 0,800 0,263 0,350 0,650
1,27 0,790 0,274 0,325 0,675
1,28 0,781 0,285 0,300 0,700
1,29 0,771 0,296 0,275 0,725
1,30 0,761 0,306 0,250 0,750
1,31 0,750 0,316 0,225 0,775
1,40 0,650 0,423 — 1,000
Содержание примесей (мг/л) в дистиллированной воде, необходимой
для приготовления электролита, не должно превышать перечисленных
ниже значений (ГОСТ 6709-72*).
Остаток после выпаривания .................................... 5,00
Остаток после прокаливания.................................... 1,00
Аммиак и аммонийные соли ..................................... 0,02
Нитраты ...................................................... 0,20
Сульфаты ..................................................... 0,50
Хлориды....................................................... 0,02
Алюминий ..................................................... 0,05
32
Железо.......................................................... 0,05
Кальций ........................................................ 0,80
Медь ........................................................... 0,02
Свинец.......................................................... 0,05
Цинк ........................................................... 0,20
Восстанавливающие вещества...................................... 0,08
Приготовление электролита из предварительно подготовленного и
охлажденного до комнатной температуры раствора серной кислоты
плотностью 1,40 г/см3 предпочтительнее, так как в этом случае меньше
выделяется теплоты и требуется меньше времени.
Электролит плотностью 1,40 г/см3 применяется для корректировки
плотности электролита после заряда, если она оказывается ниже нормы,
при переходе с летней на зимнюю эксплуатацию или при перемещении
транспортного средства в более холодный климатический район.
Необслуживаемые батареи
Традиционные стартерные батареи имеют достаточно высокие
электрические характеристики, однако обладают рядом существенных
недостатков. В процессе эксплуатации батареи снижается уровень
электролита, что требует периодического (1-2 раза в месяц) добавления
дистиллированной воды, проверки плотности электролита и в случае
необходимости выравнивания значений плотности по отдельным
аккумуляторам. Снижение уровня электролита происходит, в первую
очередь, в результате электролиза воды при прохождении тока в конце
заряда и при перезарядке батареи. У необслуживаемых батарей этот вид
снижения уровня электролита значительно меньше, так как меньше
перезаряд батареи. Снижение уровня электролита также происходит в
результате его испарения и зависит от температуры батареи, т.е. в
основном от места установки батареи на автомобиле (под капотом или
снаружи) и от климатических условий эксплуатации.
При хранении происходит самозаряд батареи, который обычно
составляет 0,5-0,8 % в сутки, увеличиваясь с повышением температуры.
В случае хранения батареи при положительных температурах ее следует
подзаряжать. Интенсивность электролиза электролита и сопутствующей
ему коррозии решеток возрастает при перезарядке, повышении
температуры и длительном использовании батареи.
Выделяемая при работе свинцовой батареи кислородно-водородная
смесь взрывоопасна, газы и пары электролита могут вызвать коррозию
металлических деталей автомобиля, расположенных рядом с батареей,
а также полюсных выводов и деталей крепления самой батареи.
Некоторые вещества, образующиеся при эксплуатации батареи, например
стибин-сурьмянистый водород, токсичны.
2 - 6222
33
Отмеченные недостатки, характерные для обычных (традиционных)
батарей, связаны с содержанием 4-6 % сурьмы в сплаве свинца, из
которого отливаются решетки электродов.
Сурьма в решетках положительных электродов способствует более
интенсивному выделению кислорода и одновременно электрохимическо-
му переносу и отложению сурьмы на поверхности отрицательного
электрода. Присутствие даже небольшого количества сурьмы на
поверхности отрицательного электрода приводит к заметному росту
газовыделения и снижению объема (уровня) электролита. Перенос
сурьмы на поверхность отрицательного электрода приводит к повыше-
нию его потенциала, снижению электродвижущей силы (ЭДС),
повышению силы зарядного тока, увеличению потерь воды и сокраще-
нию срока службы батареи.
Появление необслуживаемых батарей стало возможным благодаря
применению решеток из свинцово-кальциевого сплава или свинцово-
сурьмянистого сплава с уменьшенным содержанием сурьмы.
Необслуживаемые батареи со свинцово-кальциевыми решетками
отличаются не только малыми газовыделением и саморазрядом, но и
другими преимуществами. Эти батареи можно устанавливать в местах,
не требующих удобного доступа для обслуживания. Коррозия решеток
электродов меньше. Батареи имеют лучшие характеристики стартерного
режима разряда. Добавления воды в процессе эксплуатации не требуется,
это конструкцией батареи не предусмотрено.
Технологические трудности изготовления решеток электродов из
сплава свинца и кальция заставили разрабатывать батареи с ограничен-
ным объемом обслуживания на основе электродов с пониженным
содержанием сурьмы в решетках. Интенсивность газовыделения
существенно снижается только при уменьшении содержания сурьмы в
сплаве решетки до 2,0-2,5 %. Но уже при содержании сурьмы ниже 4 %
резко ухудшаются литейные свойства свинцово-сурьмянистого сплава,
снижается механическая прочность решетки, возрастает скорость
коррозии электродов. Для сохранения необходимых технологических
и эксплуатационных свойств малосурьмянистых сплавов в них добавляют
медь (0,02-0,05 %), серу и селен (до 0,01 %). На литейных свойствах сплава
благоприятно сказывается присадка олова (до 0,01 %).
Батареи с решетками электродов из малосурьмянистых сплавов,
содержащих легирующие добавки, имеют несколько худшие показатели
саморазряда по сравнению с батареями, в которых решетки выполнены
из свинцово-кальциевого сплава. Такие батареи имеют достаточно
высокий срок службы и малочувствительны к глубоким разрядам, однако
требуют один раз в год долива воды.
В отечественных необслуживаемых (зарубежные батареи с электрода-
ми такого типа называются малообслуживаемыми) батареях по
34
сравнению с обычными батареями уменьшено содержание сурьмы в
сплаве решеток электродов. Поэтому значительно снизилась интенсив-
ность саморазряда батареи (до 0,08-0,01 % в сутки). Отличительными
особенностями необслуживаемых батарей являются:
применение сепараторов-конвертов;
установка блока электродов с сепараторами-конвертами на дно
моноблока и их приклейка к дну, что позволяет повысить стойкость к
вибрации и увеличить объем электролита;
уменьшение толщины и сопротивления решеток электродов;
применение укороченных межэлементных соединений, проходящих
через перегородки пластмассовых моноблоков;
расположение ушек электродов не у их краев, а ближе к середине, что
обеспечивает лучшее токораспределение при разряде и заряде;
использование полипропилена для изготовления моноблоков и общих
крышек;
использование индикаторов состояния батареи;
применение выводов из коррозионно-стойкой стали под болт или
гайку;
прикрепление блока электродов к баретке с помощью полиуретана
для повышения стойкости к вибрации.
К недостаткам необслуживаемых батарей со свинцово-кальциевыми
решетками электродов можно отнести:
невозможность определить состояние батареи по плотности
электролита, так как отсутствуют заливные пробки; заряженность таких
батарей определяется только по индикатору заряженности;
при интенсивном заряде возможно снижение емкости, поэтому
рекомендуется регулировать напряжение генератора в пределах
14,2-14,4 В.
Перспективно применение на автомобилях конструкций герметичных
необслуживаемых батарей с рекомбинацией выделяющихся газов и
встроенными в крышки регулировочными клапанами, которые
открываются при избыточном давлении газов. Такие батареи имеют
обозначение VRLA.
Лекция 5. Размещение батарей на автомобилях.
Условные обозначения батарей
Размещение и крепление батарей
на автомобилях
Аккумуляторные батареи размещают под капотом легкового
автомобиля, под кабиной, за подножкой кабины или за кабиной под
кузовом, под сиденьем в кабине, а также на раме грузовых автомобилей.
2*
35
Доступ к аккумуляторной батарее для осмотра и технического
обслуживания должен быть свободным. Ее размещение должно быть
таким, чтобы проводить необходимые при эксплуатации мероприятия
по техническому обслуживанию (проверку уровня электролита и
добавление дистиллированной воды; проверку плотности электролита
и измерение его температуры; оценку технического состояния с помощью
нагрузочной вилки; отсоединение, зачистку и закрепление стартерных
проводов) без снятия аккумуляторной батареи с места установки.
Вариантом размещения батареи, обеспечивающим возможность
выполнения полного объема работ по техническому обслуживанию,
является установка ее в специальном отсеке.
Крепление аккумуляторной батареи должно предохранять ее от
вибрации и тряски при движении автомобиля. При выбрации и тряске
аккумуляторная батарея не должна перемещаться по опорной площадке.
Посадочные места для батареи должны иметь амортизаторы и амортиза-
ционные прокладки.
Методы крепления аккумуляторных батарей в местах установки могут
быть различны. Аккумуляторные батареи в корпусах из эбонита могут
крепиться на опорной площадке таким образом, чтобы рама находилась
сверху, планка крепилась за верхнее ребро батареи; батареи из пластичес-
ких материалов крепятся за выступы в нижней части моноблока.
Крепление с упором в боковые стенки моноблока недопустимо.
Современные способы крепления батарей с общей крышкой за основание
моноблока показаны на рис. 1.
Посадочное место под аккумуляторную батарею должно обеспечивать
без его переделки установку на автомобиле одной модели батарей разной
емкости в зависимости от назначения автомобиля и условий ее
эксплуатации.
Размещение батареи на машине должно быть таким, чтобы защищать
ее от загрязнения, механических повреждений при установке и снятии,
при движении автомобиля.
Не допускается оксидирование расположенных рядом с батареей
деталей автомобиля парами или брызгами электролита. От разрушающе-
го воздействия электролита должны быть защищены также детали
крепления батареи.
С целью уменьшения длины стартерного провода и падения
напряжения в нем батарея размещается ближе к стартеру. Массовый
провод крепится к двигателю, раме или корпусу стартера. Не допускается
крепление провода, присоединяемого к массе, к тонкостенной части
кабины (толщиной менее 1,2 мм) или крылу автомобиля, а также к
окрашенной поверхности без применения шайб-звездочек. Желательно
подсоединять вывод к корпусу (массе) автомобиля через выключатель
36
Al
A2
Рис. 1. Расположение и размеры элементов крепления батареи за основание моноблока из
пластических материалов:
А1-А5 - варианты расположения элементов крепления; L, Ви Я - длина, ширина и высота
батареи соответственно
массы. Для мощных автомобилей-тягачей рекомендуется оба провода
от батареи соединять со стартером: один, как обычно, с положительным
зажимом стартера, второй - с корпусом стартера. В этом случае ток
стартерного режима не будет проходить по корпусу автомобиля, что
уменьшит возможное падение напряжения в стартерной цепи. Падение
напряжения в стартерной цепи не должно превышать 0,2 В на 100 А силы
тока стартера, а для мощных дизелей - 0,12 В (даже 0,08 В) на 100 А силы
тока.
Размещение аккумуляторной батареи на автомобиле должно
обеспечивать поддержание такого ее теплового состояния, которое
необходимо для надежного пуска двигателя и подразряда батареи от
37
генераторной установки в процессе эксплуатации автомобиля при низких
температурах.
Максимальная температура электролита не должна превышать 50 °C.
Поэтому при подкапотной установке батареи она должна быть защищена
от теплоты, выделяемой двигателем, и охлаждаться воздухом при
движении автомобиля через жалюзи или регулируемую щель, закрывая
и открывая которые можно поддерживать требуемую температуру
батареи. При наружной установке батареи необходимо исключить
попадание на нее прямых солнечных лучей с помощью контейнера,
теплоизоляционных прокладок, щитков или козырьков.
У большинства легковых автомобилей батарея размещается в
передней части подкапотного пространства, сбоку от радиатора, где
температура составляет около 20-30 °C при продувке встречным потоком
воздуха. При наружной установке в зимнее время батарея сильно
охлаждается, а летом в южных районах - перегревается.
На грузовых автомобилях при размещении батареи в кабине, под
кабиной, на раме или на подножке при движении автомобиля теплый
воздух из подкапотного пространства обдувает батарею и ее температура
может быть выше температуры наружного воздуха на 7-12 °C.
При установке батареи в кабине она должна находиться в отдельном
отсеке или контейнере с вентиляцией, исключающих попадание паров
кислоты в кабину и скопление газов под крышкой контейнера во
взрывоопасных концентрациях.
На автомобилях, предназначенных для эксплуатации в условиях
низких температур, возможна установка батареи в контейнерах,
обогреваемых отработавшими газами или тепловым воздухом с
температурой не более 60 °C. Для облегчения условий эксплуатации
зимой необходимо предусмотреть возможность утепления батареи в
местах установки с помощью теплоизолирующих прокладок толщиной
15-25 мм из кислотостойких материалов (стекловойлока, пенопласта и
т.п.).
Условные обозначения
Условное обозначение типа батареи (например, батарея 6СТ-50А)
содержит указание на число последовательно соединенных аккумулято-
ров в батарее (3 или 6), характеризующих ее номинальное напряжение
1/н (6 или 12 В), указание на назначение по функциональному признаку
(СТ - стартерная), номинальную емкость С20 в ампер-часах и исполнение
(при необходимости): А означает наличие общей крышки; Н - несухоза-
ряженная; 3 - необслуживаемая, залитая электролитом и полностью
заряженная.
38
В условных обозначениях широко применяемых в настоящее время
батарей буквы Э и Т после значения номинальной емкости указывают
на материал моноблока (соответственно эбонит и термопласт).
Последующие буквы обозначают материал сепаратора (М - мипласт,
р - мипор).
На батарею должна быть нанесена маркировка по ГОСТ 18620-86Е,
содержащая: товарный знак предприятия-изготовителя; условное
обозначение (тип) батареи; знаки полярности "+" и дату изготовле-
ния (месяц, год); обозначение стандарта и технических условий на
батарею конкретного типа: номинальную емкость в ампер-часах и
номинальное напряжение в вольтах для батарей с общей крышкой и
необслуживаемых; силу разрядного тока в амперах, если он больше ЗС20
при -18 °C; клеймо технического контроля. На батареях обычной
конструкции, предназначенных для эксплуатации в странах с тропичес-
ким климатом, дополнительно наносят букву Т.
Тема 3. Генераторные установки
Лекция 6. Системы электроснабжения
Автомобильные системы электроснабжения - это совокупность
оборудования, обеспечивающего производство электрической энергии
необходимого качества, распределение и передачу ее потребителям.
Основное требование к системе электроснабжения - надежное обеспече-
ние потребителей электрической энергией в различных условиях
эксплуатации автомобиля. Кроме того, элементы системы электроснабже-
ния должны отвечать общим требованиям, которые предъявляют к
электрооборудованию автомобиля.
На автомобилях применяют системы электроснабжения постоянного
тока. В систему электроснабжения входят:
источники электрической энергии (генератор, аккумуляторная
батарея);
регулирующие устройства;
элементы контроля и защиты от возможных аварийных режимов (реле
и контрольная лампа или одна контрольная лампа).
Основным источником электрической энергии в системе электроснаб-
жения является генератор переменного тока с выпрямителем (вентильный
генератор), который приводится во вращение от двигателя внутреннего
сгорания посредством ременной передачи. Специальный узел генерато-
ра - выпрямитель обеспечивает преобразование переменного тока в
постоянный. Переменный ток выпрямляется полупроводниковыми
диодами (вентилями), поэтому такие генераторы называются вентильны-
ми.
Таким образом, вентильный генератор - это генератор переменного
тока, в котором переменный ток выпрямляется полупроводниковыми
диодами. Благодаря использованию полупроводникового выпрямителя
значительно повысились надежность и удельная мощность генератора,
упростилась его конструкция по сравнению с генератором постоянного
тока с механическим выпрямителем - коллектором, уменьшилась
трудоемкость технического обслуживания в эксплуатации, расширился
диапазон рабочих частот вращения ротора генератора.
Кроме электроснабжения потребителей, входящих в систему
электрооборудования автомобиля, генератор должен обеспечивать
заряд аккумуляторной батареи при работающем двигателе. Выходные
40
параметры генераторной установки выбираются такими, чтобы на любых
режимах движения автомобиля не происходил прогрессивный разряд
аккумуляторной батареи. Напряжение в бортовой сети автомобиля
должно быть стабильным в широком диапазоне изменения частот
вращения ротора генератора и коленчатого вала двигателя. Последнее
требование связано с тем, что аккумуляторная батарея чувствительна
к уровню и степени стабильности напряжения. Слишком низкое
напряжение приводит к недозаряду батареи и, как следствие, к затрудне-
ниям при осуществлении пуска двигателя. Слишком высокое напряжение
вызывает перезаряд батареи и ускоренный выход ее из строя. Весьма
чувствительны к уровню напряжения бортовой сети лампы приборов
освещения и сигнализации.
Генератор с регулятором напряжения образует генераторную
установку. Генераторные установки в процессе развития претерпели
существенные изменения. Коллекторные генераторы постоянного тока,
работавшие совместно с вибрационными реле-регуляторами, вытеснены
вентильными генераторами с транзисторными или тиристорными
регуляторами напряжения. Большинство генераторов в настоящее время
представляют собой устройство, в которое встроены выпрямитель (в ряде
случаев и дополнительный для питания обмоток возбуждения) и
регулятор напряжения. Существенно усложнились схемы генераторных
установок. В них появились элементы защиты от возможных аварийных
режимов.
При наличии встроенного в генератор интегрального регулятора
напряжения упрощается монтаж генераторной установки на автомобиле,
снижается трудоемкость технического обслуживания, уменьшается
расход монтажных проводов, снижается вероятность возникновения
аварийных режимов из-за коротких замыканий в проводах и ошибок при
монтаже.
Генераторная установка способна выдерживать повышенные
вибрации двигателя, высокую подкапотную температуру, воздействие
влажной среды, грязи и других факторов.
Режим работы потребителей электроэнергии на автомобиле
характеризуется широким диапазоном изменения нагрузки и ее
случайным характером. Скоростной режим работы генератора,
приводимого во вращение от двигателя автомобиля, также имеет
случайный характер. При этом даже при частоте вращения коленчатого
вала двигателя в режиме холостого хода генератор должен развивать
мощность, достаточную для электроснабжения системы зажигания,
контрольно-измерительных приборов, габаритных огней и фонарей
освещения номерного знака.
41
Параллельная работа генератора с аккумуляторной батареей связана
со случайным характером распределения нагрузки между ними.
Аккумуляторная батарея на автомобиле выполняет функции как
источника, так и потребителя электрической энергии. Распределение
нагрузки между генератором и аккумуляторной батареей зависит от
многих факторов, основными из которых являются скоростной режим
и зависимость от частоты вращения ротора генератора силы отдаваемого
тока, уровень регулируемого напряжения, состояние аккумуляторной
батареи, температура окружающей среды.
Климатическое исполнение генераторной установки требует
определенных условий эксплуатации. Максимальная температура среды
в моторном отделении, где располагается генераторная установка,
должна соответствовать температурному ряду: 70, 80,90 и 100 °C. При
этом значение той температуры из этого ряда, на которую рассчитаны
элементы генераторной установки, указывается в их технической
документации.
Минимальная температура в моторном отделении не должна быть
ниже -40 °C для генераторных установок, предназначенных для
эксплуатации в зонах умеренного или холодного климата, и ~20 °C для
генераторных установок тропического исполнения. Кроме того,
пребывание элементов генераторной установки в нерабочем состоянии
при температуре -60 °C (умеренный и холодный климат) и ~45 °C
(тропическое исполнение) не должно выводить генераторную установку
из строя.
Генераторная установка не должна терять работоспособность при
относительной влажности воздуха (95±3) %, температуре (40±2) °C и
снижения атмосферного давления до 56,5 кПа (460 мм рт.ст.). Снижение
атмосферного давления влияет в основном на производительность
вентилятора генератора. Чем ниже атмосферное давление, тем менее
интенсивно прокачивается охлаждающий воздух через генератор и тем
выше температура его узлов.
Насыщенность современных генераторных установок электронными
компонентами выдвигает дополнительные требования по сохранению
их работоспособности в условиях электромагнитных воздействий, в
частности импульсных напряжений бортовой сети, которые возникают
как в нормальном, так и аномальном режимах работы генератора.
При применении электронных устройств особые требования
предъявляются к характеру изменения выходного напряжения генератор-
ной установки. Импульсное напряжение возникает в системе электро-
снабжения как при нормальных режимах работы в результате действия
переключающих устройств (диодов выпрямителя и транзисторов
регулятора напряжения), так и в аварийных режимах, например при
42
внезапном отключении аккумуляторной батареи. Кратковременные
импульсы напряжения в системе электроснабжения не должны превышать
150 В, которые могут выдерживать полупроводниковые элементы
генераторной установки.
Система генерирования электрической энергии в первую очередь
характеризуется установленной мощностью генератора. Мощность
генераторных установок существенно возрастает. Уже к началу 90-х
годов эта мощность возросла до 800-900 Вт. На автомобилях высшего
класса мощность генератора на 300-400 Вт выше, что объясняется
наличием приборов повышенного комфорта в салоне, прежде всего
кондиционера.
На современных легковых автомобилях среднего класса и грузовых
автомобилях преобладают генераторные установки, рассчитанные на
максимальную силу тока 50-70 А, а на автомобилях высшего класса -
до 90-100 А, т.е. максимальная мощность, отдаваемая потребителям,
достигает 1,4-1,5 кВт. При таких мощностях становится важным
обеспечить высокий КПД генераторной установки. Мощность,
забираемая генераторной установкой от автомобильного двигателя при
максимальной частоте вращения коленчатого вала, приближается к
4,5 кВт. В этом случае расход топлива на привод генератора может
составлять 6 % общего расхода, причем 75 % этого расхода топлива
теряется на нагрев узлов генераторной установки.
Рост установленной мощности генератора обусловлен как повышени-
ем мощности и числа потребителей электрической энергии, так и
увеличением функций, выполнение которых связано с использованием
электрической энергии.
Благодаря широкому применению полупроводниковой техники
разработаны различные системы автоматического управления,
регулирования и защиты, выполненные на новой элементной базе и
позволившие существенно расширить круг задач, решаемых с помощью
электрооборудования, повысить надежность его работы.
Надежность функционирования системы электроснабжения в
значительной степени предопределяет безопасность движения автомоби-
ля. Система электроснабжения должна выполнять заданные функции,
сохраняя требуемые эксплуатационные показатели в необходимых
пределах при заданных режимах и условиях работы в течение требуемого
периода времени.
Параметрами, характеризующими генераторную установку,
являются также номинальное напряжение генератора, уровень и диапазон
изменения регулируемого напряжения, качество электрической энергии,
диапазон частот вращения ротора генератора и передаточное число
привода генератора.
43
Отдачу электрической энергии генератором даже при минимальной
частоте вращения ротора, соответствующей минимальной частоте
вращения коленчатого вала двигателя в режиме холостого хода, можно
обеспечить путем увеличения передаточного числа ременной передачи
привода генератора. Однако при передаточном числе, большем 3,
снижается срок службы ремней и увеличиваются механические нагрузки
на вращающиеся узлы и детали генератора и на подшипники.
Отдача электрической энергии генератора зависит от дорожных
условий, грузопотока автомобилей, времени суток и года. Частота
вращения коленчатого вала двигателя и связанного с ним ременной
передачей генератора изменяется в зависимости от режима движения.
В черте города скорость автомобиля ограничена условиями уличного
движения и существенно ниже, чем при движении автомобиля по
загородному шоссе.
Наиболее нагружен генератор при работе ночью в зимний период
эксплуатации, когда включены отопитель, обогреватели стекол, приборы
системы освещения и световой сигнализации. Потребляемая сила тока
в этом случае составляет 55—80 % максимальной силы тока отдачи
генератора. При движении автомобиля днем в теплый период года
токовая нагрузка генератора минимальна и сила тока не превышает
10—20 % максимальной.
Генераторные установки автомобилей имеют номинальное напряже-
ние 14 и 28 В. Напряжение 28 В характерно для автомобилей с дизелем.
У грузовых автомобилей ЗИЛ с дизелями система электроснабжения
обеспечивает два уровня напряжения: 14 В - непосредственно на
генераторе для электроснабжения основных потребителей; 28 В - на
выходе трансформаторно-выпрямительного блока для подзаряда
аккумуляторной батареи, используемой при пуске двигателя.
Лекция 7. Генераторы
Принципы работы
и конструктивные схемы вентильных генераторов
Преобразование механической энергии, которую генератор получает
от двигателя автомобиля, в электрическую происходит в соответствии
с явлением электромагнитной индукции. Сущность явления заключается
в следующем: если с определенной скоростью менять магнитный поток,
пронизывающий контур из токопроводящего материала, то на выводах
контура появляется электродвижущая сила (ЭДС). Если изменяющийся
44
магнитный поток пронизывает катушку с изолированными друг от друга
витками токопроводящего провода, то на выводах катушки возникает
ЭДС, пропорциональная произведению числа витков на скорость
изменения магнитного потока.
Наведение ЭДС в катушках автомобильных генераторов осущест-
вляется при изменении магнитного потока:
по величине и направлению, что характерно для щеточной конструк-
ции вентильного генератора;
только по величине, что характерно для бесщеточного генератора,
в частности индукторного.
Основные узлы генератора, в которых происходит преобразование
механической энергии в электрическую, - магнитная система с обмоткой
возбуждения и стальными участками магнитопровода, по которым
протекает магнитный поток Ф, и обмотка статора, в которой индуктиру-
ется ЭДС при изменении магнитного потока.
В щеточном вентильном генераторе магнитный поток создается
обмоткой возбуждения 4 (рис. 1) при протекании по ней электрического
тока и системой полюсов 3. В автомобильных генераторах их, как
правило, двенадцать.
Полюса с обмоткой возбуждения, кольца, через которые ток от щеток
подводится к обмотке возбуждения, вал и другие конструктивные
элементы образуют вращающийся ротор.
Обмотка 2 (рис. 2), в которой вырабатывается электрический ток,
уложена в пазы неподвижного магнитопровода 7 и вместе с ним
Рис. 2. Статор вентиляцион-
ного генератора:
7 - магнитопровод; 2 - об-
мотка; 3 - зубцы; 4 - пазо-
вый клин
Рис. 1. Вентильный синхронный генератор:
1 - магнитопровод; 2 - обмотка якоря; 3 - полюс
ротора; 4 - обмотка возбуждения; 5 - щетки; 6 -
выпрямитель
45
представляет собой статор. Обмотка 2 статора состоит из трех независи-
мых обмоток фаз. В каждой фазе имеется по шесть катушек, включенных
последовательно. Если обмотка фазы образована из двух параллельных
ветвей, то в каждой ветви находится по шесть катушек. Обмотки фаз
могут быть соединены между собой в звезду или треугольник (пятиуголь-
ник).
Выводы фаз обмотки статора соединяются с выпрямителем 6 (см.
рис. 1). При вращении ротора напротив зубцов статора с расположенны-
ми на них обмотками фаз оказываются то северный N, то южный 5
полюсы ротора. Магнитный поток Ф, пронизывающий обмотки статора,
изменяется по величине и направлению, что по закону Фарадея
достаточно для появления на их выводах переменного электрического
напряжения.
Частота f изменения напряжения связана с частотой пр вращения
ротора и числом р пар полюсов ротора соотношением
f = pnplffy.
В отечественных автомобильных вентильных генераторах р равно 6,
поэтому частота их переменного тока в 10 раз меньше частоты вращения
ротора.
В обмотках фаз вырабатывается трехфазный ток, т.е. напряжение и
ток в них смещены относительно друг друга на 1/3 периода (120°).
Чем выше частота вращения ротора и больше величина магнитного
потока, тем быстрее происходит его изменение внутри катушек фаз
статора и тем выше значения наводимого в них напряжения.
Ротор автомобильного генератора состоит из двух полюсных половин
(рис. 3), выступы (клювы) которых образуют у одной половины северную,
а у другой - южную систему полюсов. Клювообразная система полюсов
характерна для автомобильных генераторов, выпускаемых во всем мире.
При сборке южные полюса располагаются между северными, а обмотка
возбуждения, надетая на стальную втулку, оказывается зажатой между
полюсными половинами. Клювообразное исполнение ротора позволяет
с помощью одной катушки образовать многополюсную систему.
Рис. 3. Полюсная система ротора вентильного генератора
46
4
Рис. 4. Вентильный генератор с клювообразным ротором:
1 - втулка; 2 - обмотка возбуждения; 3 - клювообразные полюса; 4 - статор; 5 - обмотка
статора; 6- щетка; 7- контактные кольца
Вентильные генераторы с клювообразным ротором (рис. 4) пред-
ставляют собой синхронную электрическую машину со встроенным
полупроводниковым выпрямителем. Основные узлы и детали генератора
- статор 4, ротор с клювообразными полюсами, втулкой 1 и сосредото-
ченной вращающейся обмоткой 2 возбуждения, крышки со стороны
привода и контактных колец 7, щетки 6, шкив, вентилятор и выпрями-
тельный блок.
Пакет статора набран из пластин электротехнической стали. В пазах
статора размещены катушки трехфазной (или с большим числом фаз)
обмотки. Число пазов на полюс и фазу для вентильных генераторов с
клювообразным ротором вычисляется по формуле
q = zx!2pm,
где zx - число пазов статора; 2р - число полюсов генератора; т - число
фаз генератора.
Большие значения q позволяют удовлетворить высокие требования
к синусоидальности выходного напряжения и КПД. Статоры автомо-
бильных генераторов выполняют с малыми значениями q(q < 1,^ = 2).
При меньших q можно получить высокотехнологичную и надежную в
эксплуатации конструкцию генератора при малой ее стоимости.
Иногда в вентильных генераторах используют две самостоятельные
обмотки. Обмотка с большим числом витков обеспечивает необходимую
отдачу по мощности при низкой частоте вращения ротора, обмотка с
47
меньшим числом витков - при большей частоте вращения ротора
генератора.
На рис. 5 показана схема трехфазной обмотки статора с q = 0,5.
Каждая катушка расположена на своем зубце статора. Число зубцов
(пазов) и катушек восемнадцать. В каждом пазу находятся две стороны
катушек разных фаз. В обмотке на рис. 5, а в каждой фазе расположены
шесть последовательно соединенных катушек. В схеме обмотки статора
на рис. 5, б в одной половине пазов размещены катушки, образующие
одну звезду, а в другой половине пазов - другую звезду. Каждая фаза
состоит из двух параллельных ветвей, в каждой ветви находится по три
непрерывно намотанные катушки.
На рис. 6 показана схема трехфазной обмотки статора при q = 1.
Число пазов - 36, катушек - 18. Каждая катушка охватывает три зубца,
в каждом пазу находится одна сторона катушки. В обычной обмотке
(рис. 6, а) полное число витков первой катушки наматывают, например,
пППгпППтППпППпППтПГ1
ft 3 4 S3 7 9 9 t0 П fl 13 t4 15 19 17 19 1
Рис. 5. Схема трехфазной обмотки статора при q = 0,5:
а - обычная звезда; б - двойная звезда; Н{-Н6, - соответственно начальные и
конечные точки фаз; А, В, С - выводы фаз
48
.fMWRJWWJ
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34
К, K2 K3
a)
H, H2 H3
Рис. 6. Схемы трехфазной обмотки статора при q = 1:
а - обычная обмотка (даны номера каждого третьего паза); б - обмотка в развал
в первый и четвертый пазы, а второй катушки - в седьмой и десятый и
т.д. Размер лобовой части (вылет обмотки) определяется двойным числом
витков катушки. В обмотке (рис. 6, б) в первый и четвертый пазы
наматывают только половину витков первой катушки, а вторую
половину наматывают в четвертой и седьмой пазы в обратном направле-
нии. Далее наматывают половину витков второй катушки в седьмой и
десятый пазы, а вторую половину витков второй катушки наматывают
в обратном направлении в десятый и тринадцатый пазы и т.д. При таком
способе намотки вылет лобовой части катушки определяется только
полуторным числом витков катушки, что позволяет уменьшить массу
и габаритные размеры генератора.
Ток к вращающейся обмотке возбуждения подводится через щетки
и контактные кольца. Вал ротора вращается в двух подшипниках,
установленных в крышках. Крышки расположены по торцам статора и
стянуты винтами. Применение клювообразных полюсов определенной
формы обеспечивает близкое по форме к синусоиде изменение ЭДС.
Существенным недостатком генераторов, выполненных по схеме на
рис. 1, является наличие контактного узла, состоящего из электрощеток
49
Рис. 7. Генератор индукторного типа:
1 - обмотка возбуждения; 2 - магнитная система индуктора (втулка с фланцем); 3 - вал;
4 - ротор; 5 - магнитопровод статора; 6 - крышки; 7- обмотка статора; 8 - подшипник;
а, Ь, с, АВС - соответственно начало и концы фаз
и колец. Пыль, грязь, топливо, масло и вода, попадая на контактный
узел, быстро выводят его из строя. Специальная защита от загрязнения
кардинально не решает проблему и существенно усложняет конструкцию
генератора. Поэтому более долговечными являются бесщеточные
вентильные генераторы индукторного типа.
Индукторные генераторы '
Индукторный генератор представляет собой бесконтактную,
одноименно-полюсную электрическую машину переменного тока с
односторонним электромагнитным возбуждением. Стальная звездочка
ротора 4 (рис. 7) вращается вместе с валом 3, который проходит внутри
подвижной втулки 2. На втулке закреплена обмотка 1 возбуждения, а на
зубцах статора - обмотка 7 статора. При прохождении постоянного тока
через обмотку возбуждения в магнитной цепи генератора возникает
магнитный поток, силовые линии которого на рис. 7 показаны
штриховой линией. Магнитный поток замыкается через воздушный зазор
между втулкой и валом 3, звездочку ротора, рабочий зазор между
ротором и статором, пакет статора, крышку 6 со стороны катушки
возбуждения и толстостенную шайбу или фланец втулки.
Все зубцы звездочки имеют одну полярность. Изменение магнитного
потока связано с изменением магнитной проводимости воздушного
зазора под зубцами статора. Поток в зубце статора достигает максималь-
ного значения Фтах (рис. 8), когда оси зубцов ротора и статора
50
Рис. 8. Изменение магнитного потока в зубце статора по времени
совпадают, и уменьшается до минимального значения после
поворота на 180°, когда ось зубца статора совпадает с осью впадины звез-
дочки ротора. Следовательно, магнитный поток в зубцах статора
является пульсирующим, т.е. изменяется только по величине без
изменения направления.
Для большей степени изменения магнитного потока и, следовательно,
повышения мощности генератора во впадинах звездочки ротора
закрепляют постоянные магниты. В трехфазных индукторных генерато-
рах статора имеется 9 зубцов с обмотками, а в пятифазных - 10.
Магнитный поток индукторного генератора имеет постоянную и
переменную составляющие. Постоянная составляющая в наведении ЭДС
в катушках статора не участвует и ухудшает использование материалов
генератора. ЭДС в катушках наводит только переменная составляющая
магнитного потока. Величина индуктируемой ЭДС зависит от амплитуды
магнитного потока, числа витков обмотки статора и частоты п вращения
ротора. Чем больше число витков, тем при меньшей частоте вращения
ротора можно получить требуемое напряжение. Как правило, звездочка
ротора имеет шесть зубцов и частота переменного напряжения
вычисляется из выражения/= и/10.
Обмотка каждой фазы может иметь несколько катушек, соединенных
последовательно, параллельно и смешанно. Фазы обмотки статора
соединяют в многолучевую звезду или многоугольник.
В трехфазном генераторе имеются три группы катушек, начала и
концы которых условно обозначены буквами А, В, С и а, Ь, с, располо-
51
Рис. 9. Изменения трехфазного напряжения
по времени
женные на соседних зубцах ста-
тора таким образом, что наводи-
мые в них ЭДС смещены на 120°
(рис. 9).
При соединении фаз в звезду
концы всех фаз соединяют в общей
нулевой точке, которую изолиру-
ют в генераторе или выводят от-
дельным нулевым проводом. На-
чала фаз соединяют с выпрямителем.
При построении фаз в треугольник конец а первой фазы соединяют
с началом В второй фазы, конец b второй фазы - с началом С третьей
фазы, а конец с третьей фазы - с началом А первой фазы. К точкам
соединения фаз подключены линейные провода, подводящие напряжение
к выпрямителю.
Соединения фаз в звезду и треугольник отличаются соотношениями
линейных и фазных напряжений, линейных /л и фазных 1$ токов.
При соединении фаз в звезду справедливы выражения
/л = 7ф и £/л = ДС7ф,
а при соединении в треугольник
[7Л = [7ф и 1п =
Приведенные соотношения справедливы для действующих значений
синусоидально изменяющихся переменных напряжений и токов.
Выпрямитель выпрямляет тот переменный ток, который к нему
подводится. При соединении в треугольник фазные токи в у'З раза
меньше линейных, в то время как у звезды линейные и фазные токи
равны. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе токи
в обмотках фаз при соединении в треугольник значительно меньше, чем
при соединении звездой. Поэтому в генераторах большой мощности
часто применяют соединение в треугольник, так как при меньших
значениях тока обмотки можно наматывать более тонким проводом, что
технологичнее. Однако линейные напряжения при соединении звездой
в у'З раз больше фазного, в то время как при соединении в треугольник
52
они равны и для получения такого же
выходного напряжения при тех же
частотах вращения ротора требуется
соответствующее увеличение числа
витков его фаз по сравнению с соеди-
нением звездой.
Более тонкий провод можно при-
менять и при соединении в звезду.
В этом случае обмотку статора вы-
полняют из двух параллельных обмо-
ток, каждая из которых соединена в
звезду, т.е. получается "двойная”
звезда.
Рис. 10. Схема бесщеточного вентильного
генератора с укороченными полюсами:
1 - крепежный элемент обмотки возбуж-
дения; 2 - обмотка возбуждения; 3 -
втулка; 4 - полюсные половины с укоро-
ченными клювами; 5 - обмотка статора;
6 - статор
Бесщеточные
вентильные генераторы
с укороченными полюсами
Известны бесщеточные генерато-
ры, являющиеся промежуточной
конструкцией между генератором с
клювообразным исполнением ротора
и индукторным генератором. Это генератор с укороченными клювами
(рис. 10), который можно получить конструктивно, если раздвинуть
клювообразные половины полюса так, чтобы они не перекрывали друг
друга и в образовавшуюся щель пропустить крепежный элемент 1
(немагнитную обойму) и электрические провода обмотки возбуждения
2. Обмотка находится в подвешенном состоянии над стальной втулкой
между двумя полюсными половинами.
Магнитный поток в данном генераторе также имеет постоянное
направление у каждой полюсной половины, как это характерно для
индукторного генератора, но в целом магнитный поток, пронизывающий
катушки фаз статора, изменяется по направлению.
Лекция 8. Выпрямление переменного тока
Переменный ток вентильных генераторов выпрямляется кремниевыми
полупроводниковыми диодами. Диоды имеют два вывода и пропускают
ток только от анодного вывода к катодному, когда к аноду подведен
положительный потенциал. В противоположном направлении диоды
тока не пропускают, если обратное напряжение не превышает допустимо-
го значения.
53
В выпрямителях генераторов устанавливают диоды прямой и
обратной полярностей. У диода прямой полярности с корпусом соединен
катод, а у диода обратной полярности - анод. В зависимости от числа
фаз генератора применяют трех- и пятифазные выпрямители.
По форме выпрямленного напряжения различают одно- и двухполупе-
риодные выпрямители. Однополупериодные выпрямители однофазного
источника G (рис. 1, а) переменного тока обеспечивает один диод VD,
который включается последовательно с нагрузкой R.
Для двухполупериодного выпрямления однофазного тока собирают
мостовой выпрямитель из четырех диодов VD1-VD4 (рис. 1, б).
Положительная полуволна (первый полупериод) переменного напряже-
ния открывает диоды VD1 и VD4. Во втором полупериоде открыты
диоды VD2 и VD3. В течение всего времени работы генератора с
мостовым выпрямителем на нагрузку R подается выпрямленное
напряжение Ud одного знака.
Если в каждую фазу генератора включить по одному диоду VD1, VD2
и VD3 (рис. 1, в), можно получить однополюсный выпрямитель
трехфазного тока. Каждый диод выпрямителя проводит ток только в
течение 1/3 периода, когда напряжение приложено к нему в прямом
направлении.
Двухполупериодный выпрямитель трехфазного тока имеет три пары
диодов - VD1-VD6 (рис. 1, г). Одно плечо выпрямителя образуют диоды
VD1-VD3 прямой полярности, которые катодами соединены с положи-
тельным выводом вентильного генератора. Во втором плече выпрямителя
установлены диоды VD4-VD6 обратной полярности. Их аноды
соединены с массой. В проводящем направлении работает один из диодов
VD1, VD2 или VD3, у которого анод имеет наибольший потенциал, а в
группе диодов VD4-VD5 - диод с самым низким потенциалом. В момент
времени когда в фазе А напряжение положительно и максимально, а
в фазах В и С напряжения отрицательны и равны, ток в нагрузку R
поступает через открытый диод VD1 и два диода VD5 и VD6. В момент
времени когда напряжение фазы А равно нулю, в фазе В - положитель-
но, а в фазе С - отрицательно, ток проводят диоды VD2 и VD4.
Остальные диоды тока не пропускают.
Частота пульсаций /п выпрямленного двухполупериодным
трехфазным выпрямителем напряжения Ud в 6 раз больше частоты
переменного тока/, т.е. справедливо выражение
/п = 6/= 0,lz и,
где zp - число пар полюсов индуктора; п - частота вращения ротора.
54
Рис. 1. Генераторные установки с выпрямителями и их характеристики:
А, В, С - фазы генератора; uv г/ф, wB, ис - напряжения генератора и фаз соответственно
А, В, С; Um - амплитудное значение напряжения фаз
55
Рис. 2. Схема генераторной установки с дополни-
тельным силовым плечом VD7-VD8 и ее характе-
ристики:
ЦфГ ^фз “ напряжения в обмотках фаз; 1, 2, 3 -
обмотки трех фаз статора; 4 - диоды силового
выпрямителя; 5 - аккумуляторная батарея; 6 -
нагрузка; 7 - диоды выпрямителя обмотки
возбуждения; 8 - обмотка возбуждения; 9 -
регулятор напряжения
Максимальное, минималь-
ное и среднее значения вып-
рямленного напряжения рав-
ны соответственно 1,73 Um,
1,65 Um. Пульсация
выпрямленного напряжения
= 0,23Um = 0,139^, что
при среднем значении выпрям-
ленного напряжения 14 В со-
ставляет 1,95 В.
Коммутация в вентильных
генераторах не может быть
идеальной, так как ток закры-
вающегося диода не исчезает
мгновенно, а ток вступающего
в работу диода нарастает по-
степенно. Поэтому в зависи-
мости от нагрузки генератора
изменяются соотношения меж-
ду фазными и выпрямленными
напряжениями и токами.
Обычно выпрямитель трех-
фазной мостовой схемы содер-
жит шесть силовых полупро-
водниковых диодов VD1-VD6
(рис. 2). При необходимости
форсирования мощности гене-
ратора применяется дополни-
тельное плечо выпрямителя на
диодах Р7)7и VD8, показанное
на рис. 2 штриховой линией.
Такая схема выпрямителя мо-
жет иметь место только при
соединении обмоток статора в
звезду, так как дополнительное плечо получает питание от нулевой точки
звезды.
У многих типов генераторов обмотка возбуждения подключается к
собственному выпрямителю, собранному на диодах VD9-VD11. Такое
подключение обмотки возбуждения препятствует протеканию через нее
тока разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе
автомобиля. Полупроводниковые диоды открыты и не оказывают
существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним
56
напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при
обратном напряжении.
По графику фазных напряжений можно определить, какие диоды
открыты, а какие закрыты в данный момент. Фазные напряжения L^,
U^2 и ^фз действуют соответственно в обмотках первой, второй и третьей
фаз. Эти напряжения изменяются по кривым, близким к синусоидам, и
в одни моменты времени они положительны, в другие - отрицательны.
Если за положительное направление фазного напряжения принять
направление по стрелке, обращенной к нулевой точке обмотки статора,
а за отрицательное - от нее, то, например, для момента времени tx
напряжение второй фазы отсутствует, напряжение первой фазы -
положительное, а третьей фазы - отрицательное. Направление
напряжений фаз соответствует стрелкам, показанным на рис. 2. Ток через
обмотки, диоды и нагрузку будет протекать в направлении этих стрелок.
При этом открыты диоды VD1 и VD4. Рассмотрев любые другие моменты
времени, легко убедиться, что в трехфазной системе диоды силового
выпрямителя переходят из открытого состояния в закрытое и обратно
таким образом, что ток в нагрузке имеет только одно направление - от
положительного вывода генераторной установки к "массе", т.е. в нагрузке
протекает постоянный (выпрямленный) ток.
Диоды выпрямителя обмотки возбуждения работают аналогично,
питая выпрямленным током обмотку возбуждения. Причем в выпрями-
тель обмотки возбуждения тоже входят шесть диодов, но три из них
(VD2, VD4 и VD6) общие с силовым выпрямителем. Так, в момент
времени tx открыты диоды VD4 и VD9, через которые выпрямленный ток
поступает в обмотку возбуждения. Этот ток значительно меньше, чем
ток, отдаваемый генератором в нагрузку. Потому в качестве диодов
VD9-VD11 применяются малогабаритные слаботочные диоды,
рассчитанные на силу тока, равную 2 А (для сравнения, диоды силового
выпрямителя допускают протекание токов силой до 25-35 А).
Принцип работы плеча выпрямителя, содержащего диоды VD7n VD8,
состоит в следующем. Если бы фазные напряжения изменялись строго
по синусоиде, эти диоды вообще не участвовали бы в процессе преобразо-
вания переменного тока в постоянный. Однако в реальных генераторах
форма фазных напряжений отличается от синусоиды. Она представляет
собой сумму синусоид, которые называются гармоническими составляю-
щими или гармониками: первой, частота которой совпадает с частотой
фазного напряжения, и высшими, главным образом третьей, частота
которой в 3 раза выше первой. Реальная форма фазного напряжения в
виде суммы первой и третьей гармоник представлена на рис. 3. Из
электротехники известно, что в линейном напряжении, которое
подводится к выпрямителю и выпрямляется, третья гармоника
57
Рис. 3. Фазное напряжение как сумма синусоид
первой и третьей Z73 гармоник
отсутствует. Это объясняется
тем, что третьи гармоники всех
фазных напряжений совпадают
по фазе и при этом взаимо-
уничтожаются. Следовательно,
мощность, развиваемая треть-
ей гармоникой фазного напря-
жения, не используется. Для
того чтобы использовать эту
мощность, добавлены диоды
VD7 и VD8, присоединенные к
нулевой точке обмотки фаз,
которые выпрямляют только
напряжение третьей гармони-
ки. Введение этих диодов на
5-15 % увеличивает мощность
генератора при частоте враще-
ния ротора более 3000 мин”1.
Применение в регуляторе
напряжения электронных элементов и особенно микросхем (использова-
ние полевых транзисторов или выполнение всей схемы регулятора на
монокристалле кремния) потребовало введения в генераторную
установку элементов защиты от всплесков высокого напряжения,
например при внезапном отключении аккумуляторной батареи или
сбросе нагрузки. Такая защита обеспечивается заменой диодов силового
выпрямительного моста стабилитронами. Отличие стабилитрона от
выпрямительного диода состоит в том, что при воздействии на него
напряжения в обратном направлении он не пропускает ток лишь до
определенной величины этого напряжения, называемого напряжением
стабилизации. Обычно в силовых стабилитронах напряжение стабилиза-
ции составляет 25-30 В. При достижении этого напряжения стабилитро-
ны начинают пропускать ток в обратном направлении, причем в
определенных пределах изменения силы этого тока напряжение на
стабилитроне и, следовательно, на выводах генератора остается
неизменным, не достигающим опасных для электронных элементов
значений.
Применение генераторов многофазного исполнения, например
пятифазного, в работе выпрямителя ничего не меняет. Выпрямитель в
этом случае содержит 10 диодов, и пульсации выпрямленного напряже-
ния снижаются по сравнению с трехфазной системой.
В вентильном генераторе диоды выпрямителя не проводят ток от
аккумуляторной батареи к обмотке статора, в связи с чем отсутствует
58
необходимость в реле обратного тока. Это значительно упрощает схему
генераторной установки.
В обмотку возбуждения может подаваться ток аккумуляторной
батареи. Поэтому возможен разряд батареи на обмотку при длительной
стоянке автомобиля. Однако присоединение обмотки возбуждения к
дополнительному выпрямителю также имеет негативную сторону,
связанную с самовозбуждением генератора.
Самовозбуждение генератора происходит при выполнении ряда
условий:
наличие в генераторе остаточного магнитного потока при отсутствии
тока возбуждения;
достаточно низкое сопротивление цепи возбуждения.
Если эти условия не выполняются, напряжение генератором в рабочем
диапазоне частот вращения ротора не создается.
Лекция 9. Характеристики вентильных генераторов.
Схемы генераторных установок
Характеристики вентильных генераторов
У вентильных генераторов есть некоторые особенности, влияющие
на их характеристики:
выпрямление переменного тока;
подбор обмоточных данных, обеспечивающих номинальное
напряжение при минимальной частоте вращения ротора, соответствую-
щей режиму холостого хода автомобильного двигателя;
самоограничение силы отдаваемого тока.
Основные параметры вентильного генератора - напряжение U,
частота вращения ротора п и мощность Р (или сила тока, отдаваемого
генератором при заданном напряжении).
Зависимость выпрямленного напряжения U^от силы тока возбужде-
ния ZB при отключенной нагрузке и постоянной частоте вращения ротора
п называют характеристикой холостого хода (рис. 1). В режиме
холостого хода выпрямленное напряжение равно ЭДС E# Характеристи-
ки холостого хода вентильных генераторов получают при независимом
возбуждении.
Внешние характеристики вентильных генераторов представляют
собой зависимости выпрямленного напряжения U/рис. 2) от силы тока
нагрузки Id при постоянных частоте вращения ротора, напряжении на
выводах обмотки возбуждения и ее сопротивлении. При увеличении
нагрузки выпрямленное напряжение падает под действием реакции якоря,
59
Рис. 1. Характеристики холостого хода вентиль-
ного генератора:
лтаХ’ лср» лр’ п0 ~ частота вращения ротора
соответственно максимальная, средняя, расчет-
ная и начала отдачи; Udu - выпрямленное
номинальное напряжение
Рис. 2. Внешние характеристики вентильных генераторов:
А/p» А/max “ соответственно расчетное и максимальное значения силы тока нагрузки
в результате уменьшения напряжения в цепи статора (якоря) и в
выпрямителе, причем падение напряжения в обмотках статора значитель-
но и зависит от частоты вращения ротора.
Внешние характеристики вентильных генераторов определяются при
самовозбуждении и независимом возбуждении. Снижение напряжения
при увеличении нагрузки происходит не только на активном, но и на
индуктивном сопротивлениях обмоток статора. В случае самовозбужде-
ния вентильного генератора падает напряжение на самой обмотке
возбуждения. Размагничивающее действие реакции якоря уменьшает
магнитный поток в рабочем воздушном зазоре между ротором и
статором.
По семейству внешних характеристик определяется максимальная
сила тока Id max, которая создается при заданном или регулируемом
значении напряжения.
Скоростная регулировочная характеристика (рис. 3, а) вентильного
генератора представляет собой зависимость силы тока возбуждения 1В
от частоты вращения ротора при постоянном напряжении вентильного
генератора. Обычно она определяется при нескольких значениях силы
тока нагрузки.
60
Рис. 3. Зависимости напряжения генератора и силы тока возбуждения:
а - от частоты вращения ротора; б - от силы тока нагрузки; С7Н - номинальное напряжение
Минимальная сила тока возбуждения определяется при силе тока
нагрузки, равной нулю, и максимальной частоте вращения ротора
вентилятора генератора. Скоростные регулировочные характеристики
позволяют определить диапазон изменения силы тока возбуждения от
изменения нагрузки при постоянном напряжении.
При увеличении частоты вращения ротора п вентильного генератора
сила тока /в возбуждения должна уменьшаться (рис. 3, а), а при
увеличении силы тока нагрузки - возрастать (рис. 3, б).
Напряжение генератора необходимо поддерживать постоянным в
диапазоне частот вращения ротора от до «тах, при этом сила тока
возбуждения будет изменяться от максимального /втахдо минимального
/в тщ значения. Кратность регулирования по частоте вращения ротора
для автомобильных генераторов составляет 6-8, а скорость регулирова-
ния по току возбуждения kj- IB max/ZB mjn равна 15—20.
Кратность регулирования по силе тока возбуждения больше, чем
кратность регулирования по частоте вращения ротора. Это происходит
потому, что характеристика намагничивания вентильного генератора
имеет нелинейный характер. Обычно у вентильных генераторов
возникает глубокое насыщение магнитной цепи. Наибольшая кратность
регулирования по току возбуждения возможна в режиме холостого хода.
В связи с непрерывным изменением режима движения автомобиля и,
следовательно, частоты вращения ротора и нагрузки вентильного
генератора важной является токоскоростная характеристика -
зависимость силы тока Id, которую вентильный генератор может
отдавать потребителям при заданном напряжении, от частоты вращения
ротора (рис. 4).
Токоскоростная характеристика снимается при Ud = const и ZB = const.
Контрольными являются значения начальной частоты и0 отдачи
61
генератора, расчетная частота
вращения ротора ир и соот-
ветствующая ей расчетная сила
тока Idp и максимальная сила
тока 4 maxп₽и «тах- Расчетные
частоты вращения ротора п? и
сила тока определяются в
точке касания токоскоростной
характеристики 1 и прямой 2,
проведенной из начала коорди-
нат. Этой точке соответствует
максимальное значение отно-
шения расчетной мощности
Рф к расчетной частоте враще-
ния ротора (режим максимального нагрева вентильного генератора).
Токоскоростная характеристика используется при разработке или
выборе вентильного генератора. Она может быть определена при
независимом возбуждении, самовозбуждении и работе вентильного
генератора с регулятором напряжения.
Все современные автомобильные генераторы обладают свойством
самоограничения силы максимального тока. В большом диапазоне
частот вращения ротора сила тока возрастает медленно, а при макси-
мальной частоте вращения ротора не превышает заданного максимально-
го значения. Это связано с тем, что с ростом частоты вращения ротора
генератора, а следовательно, с ростом частоты индуктируемого в
обмотке статора тока повышается индуктивное сопротивление обмотки,
поэтому сила тока увеличивается медленнее, асимптотически стремясь
к некоторому предельному значению.
К параметрам вентильного генератора также относятся номинальные
мощность и сила вырабатываемого тока при частоте вращения ротора
6000 мин-1.
Вентильный генератор проектируется таким образом, чтобы нагрев
его обмоток, подшипников и полупроводниковых элементов при
номинальной силе тока (номинальной мощности) был бы не опасен. Узлы
генератора нагреваются больше при силе тока, составляющей примерно
2/3 номинального значения. Это объясняется тем, что с увеличением
частоты вращения ротора одновременно возрастает интенсивность
охлаждения вентильного генератора вентилятором, расположенным на
его валу.
Самоограничение силы тока проявляется в меньшей степени при
увеличении значения nQ. С уменьшением значений и ростом
значения Id max улучшаются условия обеспечения положительного
62
зарядного баланса на автомобиле, однако при этом увеличиваются масса
и габаритные размеры генератора.
Благодаря самоограничению силы тока в системах электроснабжения
с вентильными генераторами отсутствует необходимость применять
ограничители силы тока.
Схемы генераторных установок
Наиболее распространенные схемы генераторных установок с
вентильными генераторами приведены на рис. 5.
У генераторов, предназначенных для работы в комплекте с вибраци-
онными, контактно-транзисторными регуляторами напряжения и
транзисторными регуляторами, разработанными для замены конкретных
типов вибрационных и контактно-транзисторных регуляторов, один
вывод обмотки возбуждения соединен с массой, а другой, обычно
маркируемый индексом ”Ш”, - с регулятором напряжения (рис. 5, а).
Обозначения выводов на рис. 5, приведенные в скобках, относятся к
генераторным установкам автомобилей ВАЗ.
В генераторах, напряжение которых стабилизируется на определенном
уровне регуляторами напряжения на кремниевых полупроводниковых
элементах, обмотка возбуждения соединена с выводом ”+” сети и
регулятором напряжения (рис. 5, б-г). Регуляторы напряжения 7,
работающие с генераторами по схемам, показанным на рис. 5, а и б-г.
взаимозаменяемы.
Для того чтобы исключить разряд аккумуляторной батареи на
стоянке, цепь обмотки возбуждения в схемах на рис. 5, а, б и г включается
в бортовую электросеть через выключатель 5 зажигания. Однако
контакты выключателя коммутируют ток силой до 5 А, что приводит к
снижению срока их службы. Поэтому в схеме на рис. 5, в через выключа-
тель зажигания 5 замыкается лишь цепь управления регулятора
напряжения, по которой протекает ток силой в несколько долей ампера.
Прерывание тока в цепи управления переводит электронное реле в
выключенное состояние и ток не поступает в обмотку возбуждения.
В схеме на рис. 5, д обмотка возбуждения подключена к выводу Д
дополнительного выпрямителя. Аккумуляторная батарея на стоянках
автомобиля не может разряжаться на обмотку возбуждения, так как она
к ней не подключена. В схему введена контрольная лампа 8. через
которую в обмотку возбуждения поступает небольшой силы ток от
аккумуляторной батареи. На случай перегорания контрольной лампы
параллельно ей подключают резистор.
Контрольная лампа 8 одновременно является элементом контроля
работоспособности генераторной установки. На стоянке автомобиля
63
Рис. 5. Схемы генераторных установок с различными генераторами:
а - Г221; б- Г266, Г286А, Г286В, 17.3701, 16.3701; в - Г222; г - Г502А; д - 37.3701; е - Г273,
Г289; 7 - генератор; 2 - обмотка возбуждения; 3 - обмотка статора; 4 - выпрямитель; 5 -
выключатель зажигания; 6 - реле контрольной лампы; 7 - регулятор напряжения; 8 -
контрольная лампа; 9 - трансформаторно-выпрямительный блок; 10 - помехоподавитель-
ный конденсатор; 77 - аккумуляторная батарея
64
HI—'I-1 Н*Н1
при включении выключателя зажигания 5 контрольная лампа загорается.
После пуска двигателя вывод Д генератора находится под напряжени-
ем, близким к напряжению аккумуляторной батареи, и контрольная
лампа гаснет.
На схемах рис. 5, а и в для контроля работоспособности генераторной
установки служит реле с размыкающимися контактами, через которые
подводится напряжение к контрольной лампе 8. Лампа загорается после
включения выключателя 5 зажигания и гаснет после пуска двигателя, так
как под напряжением генератора, к средней точке обмотки статора
которого подключено реле, контакты реле размыкаются и контрольная
лампа отключается.
Схема, приведенная на рис. 5, е, характерна для генераторных
установок с номинальным напряжением 28 В. В этой схеме обмотка
возбуждения 2 подключена к средней точке обмотки 3 статора генерато-
ра, поэтому подаваемое на обмотку возбуждения напряжение в 2 раза
меньше напряжения генератора. При этом меньше импульсы напряжения,
возникающие при работе генераторной установки, что повышает
надежность полупроводниковых элементов регулятора напряжения.
Резистор Rn гарантированно обеспечивает возбуждение обмотки
генератора.
На автомобилях ЗИЛ с дизелями генераторная установка имеет два
уровня напряжения (14 и 28 В). Для получения второго уровня напряже-
ния используется трансформаторно-выпрямительный блок 9 (рис. 5, г).
В этом случае регулируется только первый уровень напряжения (14 В).
Второй уровень обусловлен трансформированием и выпрямлением в
блоке 9 переменного напряжения генератора. Коэффициент трансформа-
ции трансформаторно-выпрямительного блока близок к единице.
В любой из приведенных на рис. 5 схем может быть применен
конденсатор 70, включаемый между выводом "+" генератора и массой.
Лекция 10. Устройство генераторов
Генераторы щеточной конструкции с клювообразным ротором
Большинство автомобильных генераторов имеют щеточную
конструкцию. На конструкцию генератора влияет наличие или
отсутствие у него встроенного регулятора напряжения. В остальном все
конструкции генераторов имеют много общего: клювообразная
магнитная система ротора с 12 полюсами, сосредоточенная обмотка
возбуждения, статор с 18 пазами (на устаревших конструкциях) и 36
пазами (на современных), медные кольца, подшипники закрытой
3 — 6222
65
22
23
Рис. 1. Генератор 37.3701 автомобиля ВАЗ-2108:
1 - пакет якоря; 2 - фазные обмотки якоря; 3 - полюс с клювообразными наконечниками;
4 - обмотка возбуждения; 5 - втулка; 6 - вал; 7, 22 - соответственно задняя и передняя
крышки; 8, 9 - теплоотводы выпрямительного блока с диодами соответственно
положительной и отрицательной полярности; 10 - контактные кольца; 11, 25 -
соответственно задний и передний подшипники; 12 - изоляционная втулка контактных
колец; 13 - щеткодержатель; 14 - щетки; 15 - конденсатор; 16- вывод "30" генератора; 77-
положительный вывод "61" дополнительного выпрямителя; 18- стяжной болт генератора;
19 - вывод "В" регулятора напряжения; 20 - интегральный регулятор напряжения; 21 -
шпилька крепления генератора к натяжной планке; 23 - шкив; 24 - опорное кольцо; 26 -
коническая шайба; 27- гайка
конструкции, не требующие смазывания в течение всего срока службы
ит.д.
На рис. 1 представлен генератор 37.3701 автомобиля ВАЗ-2108 с
электромагнитным возбуждением, полным выпрямлением напряжения,
66
дополнительным выпрямителем для электроснабжения обмотки
возбуждения и встроенным интегральным регулятором напряжения.
Генератор состоит из якоря (статора), индуктора (ротора), крышки
со стороны контактных колец, выпрямительного блока, щеткодержателя
с интегральным регулятором напряжения, крышки со стороны привода,
шкива-вентилятора.
Пакет (сердечник) 1 якоря набран из стальных листов толщиной 1 мм
для уменьшения нагрева от вихревых токов. Листы сварены между собой
по наружной поверхности в четырех местах в монолитную конструкцию.
На внутренней поверхности пакета якоря равномерно по окружности
расположено 36 пазов трапецеидальной формы. Пазы заполнены
обмоткой статора. Катушки обмотки изолированы от стенок паза
полиэтилентерефталатной пленкой или пленкокартоном.
Каждая фаза трехфазной обмотки статора состоит из трех последова-
тельно намотанных катушек. Витки катушки охватывают три зубца.
Фазы соединены в двойную звезду с выведенной нулевой точкой, т.е. фаза
имеет две параллельные ветви. Каждая звезда расположена на половине
расточки статора. Катушки выполнены из теплостойкого обмоточного
провода ПЭТ-200. В пазах катушки закреплены шнуром, забитым по
особой схеме (в основном через два паза в третий). Статор в сборе
пропитан электроизоляционным лаком.
Индуктор включает магнитную систему и обмотку 4 возбуждения.
Втулка 5 и примыкающие к ней два клювообразных полюсных
наконечника, посаженные на вал 6, образуют 12-полюсную магнитную
систему.
Полюсные наконечники изготовлены методом холодной штамповки
из полосовой стали толщиной 12 мм с последующей обработкой по
наружному диаметру. Для снижения уровня магнитного шума часть
наружной поверхности ротора имеет скосы.
Обмотка 4 возбуждения намотана на каркас и надета на втулку 5.
Втулка зафиксирована между полюсными половинами. Сверху катушку
обмотки возбуждения оклеивают специальной бумагой, которая образует
внешнюю изоляцию. Выводы обмотки возбуждения припаяны к двум
изолированным друг от друга и от вала медным контактным кольцам
10. Для снижения вибрации генератора осуществляют статическую и
динамическую балансировку ротора.
Пакет якоря закреплен в генераторе между двумя крышками 7 и 22
из алюминиевого сплава, стянутыми болтами 18. В крышке со стороны
привода между двумя стальными фланцами зажата наружная обойма
подшипника 25. На наружном фланце над втулкой шкива имеется выступ,
благодаря которому образуется своеобразный лабиринт, препятствую-
щий попаданию пыли и грязи в подшипник.
67
з*
В крышках установлены закрытые подшипники И и 25 с двухсторон-
ним резиновым уплотнением и одноразовым кремнийорганическим
смазочным материалом. Крышки имеют вентиляционные отверстия. В
передней крышке 22 имеются два резьбовых отверстия для съема крышки
с вала, ушко для крепления генератора на двигателе и стальная шпилька
21. Шпилька предназначена для крепления планки натяжения приводного
ремня. Посадка подшипника в крышке и на валу скользящая, в осевом
направлении внутренняя и наружная обоймы подшипника строго
зафиксированы.
Генератор также крепится к двигателю посредством ушка на задней
крышке 7. Посадка заднего подшипника 11 на вал 6 плотная, а в гнездо
крышки - скользящая. Посадочное место в крышке не армировано, но
имеет канавку, в которой размещено резиновое кольцо, препятствующее
проворачиванию наружной обоймы подшипника, перегреву подшипника,
выработке гнезда и выходу подшипникового узла из строя. Подшипник
вместе с валом в гнезде крышки может перемещаться в осевом направле-
нии.
Со стороны контактных колец 10 на крышке установлены интеграль-
ный регулятор напряжения 20, объединенный в одну конструкцию с
щеткодержателем 13, выпрямительный блок с теплоотводами 8 и 9,
помехоподавительный конденсатор 75 и все выводы генератора.
Генератор имеет три вывода: "50" - силовой положительный вывод
16 генератора в виде винта, закрепленного на положительном теплоотво-
де выпрямителя; "61" - вывод 77 дополнительного выпрямителя обмотки
возбуждения; вывод "В" (поз. 19) регулятора напряжения. Последние два
вывода выполнены в виде штекеров.
Выпрямительный блок крепится к крышке тремя изолированными
от нее болтами. К этим болтам подключены выводы трех обмоток фаз
генератора. Блок содержит силовой и дополнительный выпрямители,
диоды которого размещены в пластмассовой подковке.
Щеткодержатель 13 состоит из пластмассового корпуса, в котором
находятся две прямоугольные щетки 14. Интегральный регулятор
напряжения является одновременно крышкой щеткодержателя.
Для охлаждения обмотки якоря и катушки возбуждения, а также
кремниевых диодов выпрямителя в генераторе предусмотрена протяжная
вентиляция, осуществляемая с помощью крыльчатки-вентилятора,
связанного с приводным шкивом 23 генератора. Шкив 23 привода
генератора закреплен на валу 6 ротора гайкой 27. Детали шкива и
вентилятора, штампованные из стального листа, сварены между собой
и со втулкой шкива.
Другие типы вентильных щеточных генераторов с клювообразным
ротором имеют конструкцию, аналогичную рассмотренной, и отличают-
68
Рис. 2. Генератор 63.3701:
1, 11 - крышки; 2 - кожух; 3 - контактные кольца; 4 - щеткодержатель; 5 - болт вывода
"+"; б - выпрямительные блоки; 7, 10 - подшипники; 8 - ротор; 9- статор; 72 - вентилятор;
13 - муфта привода
ся в основном размерами и конфигурацией отдельных деталей.
Некоторое исключение составляют генераторы Г502А и 63.3701.
Генератор 63.3701 для большегрузных автомобилей, представленный
на рис. 2, повышенной выходной мощности крепится на подушке
двигателя хомутом. Его привод осуществляется через муфту 13. Для
повышения выходной мощности необходимо применение двух выпрями-
тельных блоков (поз. 6) БПВ-100, включенных параллельно. Один из них
расположен во внутренней полости генератора, а другой вместе с
щеточным узлом - снаружи. Такое расположение колец и щеток обладает
существенным преимуществом, так как позволяет сократить длину задней
крышки генератора, уменьшить наружный диаметр контактных колец
и обеспечить надежную защиту щеточно-контактного узла от загрязне-
ния.
Кожух 2 обеспечивает возможность подвода чистого воздуха для
охлаждения генератора через патрубок. Вывод ”+" генератора выполнен
в виде специального контактного болта 5. Генератор имеет 72 паза и
стержневую обмотку на статоре.
Генератор Г502А (рис. 3) встраивается внутрь вентиляционного
устройства двигателя автомобиля. На его валу 8 установлен ротор
69
7
Рис. 3. Генератор Г502А:
1 - щетки; 2 - щеткодержатель; 3 - клювообразные полюсные половины ротора; 4, 11 -
подшипники;5 - втулка; 6, 12 - крышки; 7 - обмотка статора; 8 - вал; 9 - стяжной болт;
10 - сердечник статора; 13 - контактные кольца; 14 - выпрямительный блок; 75 - обмотка
возбуждения
вентилятора двигателя. На валу закреплен и приводной шкив. Генератор
крепится в вентиляционном устройстве на задней крышке. Поскольку
генератор находится в потоке воздуха, охлаждающего двигатель, он не
имеет вентилятора.
Кольца 13 и щеточный узел генератора Г502А, а также выпрямитель-
ный блок ВБГ-2А генератора расположены вне его внутренней полости.
Бесщеточные генераторы с клювообразным ротором
Эти генераторы существенно отличаются от щеточных конструкций.
По конструктивному исполнению к щеточным генераторам близок
бесщеточный генератор 45.3701, имеющий магнитную систему с
укороченными клювами полюсных наконечников (рис. 4). Обмотка 4
возбуждения генератора помещена в каркас из алюминиевого сплава,
закрепленный на статоре 5. Клювы ротора укорочены по оси генератора
таким образом, что между ними расположены элементы крепления
каркаса обмотки возбуждения. При этом одна полюсная половина
крепится к втулке ротора винтами. Магнитный поток клювов полюсных
половин не меняет своего направления, что характерно для индукторных
генераторов.
70
Рис. 4. Бесщеточный генератор 45.3701:
1,7-крышки; 2 - выпрямитель; 3, 8 - подшипники; 4 - обмотка возбуждения; 5 - статор;
6 - полюсные половины; 9 - шкив; 10 - вентилятор
Рис. 5. Генератор компактной конструкции:
1 - щеткодержатель; 2 - интегральный регулятор напряжения Я212; 3 - пластмассовая
крышка; 4 - крышка генератора со стороны контактных колец; 5 - вентиляторы; 6 - ротор;
7 - статор в сборе; 8 - передняя крышка генератора; 9 - шкив; 10 - стальное тормозное
кольцо; 11 - пластмассовое тормозное кольцо
71
Все большее применение находит генератор компактной конструкции
(рис. 5). В отличие от других генераторов он имеет два вентилятора 5,
расположенных на роторе во внутренней полости генератора. Малые
наружные диаметры вентиляторов позволяют повысить частоту
вращения ротора за счет увеличения передаточного числа привода с
поликлиновидным ремнем.
Вентиляторы закреплены на лобовых частях ротора 6. Воздух для
охлаждения просачивается через отверстия крышек 4 и 8. Контактные
кольца, щеткодержатель и интегральный регулятор напряжения закрыты
пластмассовой крышкой 5, защищающей их от грязи, пыли и влаги.
Наружные обоймы подшипников со стороны контактных колец и шкива
9 прижаты пластмассовым 77 и стальным 10 тормозными кольцами,
которые повышают ресурс подшипников. Генератор имеет три
дополнительных диода и выпрямитель на силовых диодах с эффектом
стабилитрона, что улучшает качество электроэнергии бортовой сети и
обеспечивает защиту электронных элементов регулятора напряжения от
перенапряжений.
Конструкция индукторного бесщеточного генератора 955.3701 показана
на рис. 6. На роторе генератора имеется шестилучевая стальная звездочка
8. В межлучевых промежутках закреплены постоянные магниты,
объединенные в единую конструкцию заливкой в алюминиевый каркас,
закрепленный на валу 2 ротора, или спресованные пластмассой. На
зубцах статора располагается обмотка 5, соединенная в пятиугольник.
В передней стальной крышке-магнитопроводе 10 располагается индуктор
со втулкой, закрепленной фланцем на крышке. На втулке индуктора
размещена обмотка возбуждения, намотанная на каркас. Между втулкой
12 индуктора и втулкой 13 ротора есть воздушный зазор.
Подшипниковый щит 18 с натяжным ухом и лапой, расположение
которых позволяет применять генератор на любых моделях автомобилей
ВАЗ, надет на стальную крышку 10.
Выпрямительный блок БПВ62-1000 расположен во внутренней
полости задней крышки 79 и закреплен на ней пятью изолированными
болтами. На этой же крышке размещен регулятор напряжения Я112Б с
подстроечным резистором. Регулятор напряжения закреплен на
наружной поверхности задней крышки и закрыт пластмассовым кожухом
7. Там же под кожухом расположен помехоподавляющий конденсатор
К-73-21 (емкостью 2,2 мкФ). Генератор, кроме основной обмотки
возбуждения, имеет встречно ей включенную размагничивающую
обмотку, расширяющую скоростной диапазон применения генератора.
Бесщеточные генераторы разделены в соответствии с их габаритными
размерами на 5 групп (табл. 1 и 2). Генераторы 1—-4-й групп крепятся к
72
Рис. 6. Бесщеточный генератор 955.3701:
1 - кожух; 2 - вал ротора; 3, 14 - подшипники; 4 - выпрямитель; 5 - обмотки статора; 6 - сердечник статора; 7 - узел постоянных
магнитов; 8 - звездочка ротора; 9 - стяжные винты; 10 - передняя крышка-магнитопровод; 11 - обмотка возбуждения; 12 - втулка
индуктора; 13 - втулка ротора; 15 - гайка крепления шкива; 16 - шкив; 17 - вентилятор; 18 - подшипниковый щит; 19 - задняя
крышка; 20 - вывод "+" ("30"); 21 - устройство регулирования напряжения; 22 - гайки крепления регулятора; 23 - болт крепления
выпрямителя; 24 - переключатель сезонной регулировки
Таблица 1
Генераторы Группа генератора Размеры, мм (см. рис. 7)
^Imax ^Imax d2 d3 h г ^2max l3 /4
Г221А; Г222; 37.3701; 66.3701; 955.3701; ГА-2 1 140 190 12,5 M8 85 85 65 45 60
Г250; 16.3701; 17.3701; 58.3701; 29.3701; 32.3701 2 150 210 10,2 M8 88 88 70 44 70
38.3701; Г287; Г288; 65.3701 3 170 230 10,2 М8 100 106 75 50 85
Г286; Г289 4 190 260 12 12 120 120 90 63-68 100
63.3701; Г263А 5 220 330 — — 1 - - 90 - 130
Таблица 2
Генератор Параметры шкива, мм (см. рис. 7)
Число ручьев Угол (р, ° ^4 d5 d6 d7
Г221А; Г222; 37.3701; ГА-2; 955.3701; 583.3701 1 34 9 49 79,5 81,4
Г250ГЗ 1 34 9 49 76 81
Г250П2 1 34 9 49 80 81,4
292.3701 1 34 9 53 86 86,3
32.3701 1 34 22,7 76 112 134,3
3812.3701 2 34 9 54 80 86,5
3822.3701 2 34 11,6 53 85 94,7
58.3701,581.3701,582.3701 1 34 9 44 71 75
Примечание. d4- диаметр контрольного ролика; d5 и d6 - соответственно внешний и наружный диаметры ручья шкива;
d-j - диаметр роликов.
а) б)
Рис. 7. Габаритные и присоединительные размеры вентильных генераторов при креплении:
а - на лапах; б - на подушке
автомобильному двигателю на лапах и выполняются по рис. 7, а.
Генераторы 5-й группы крепятся на подушке хомутом и выполняются
по рис. 7, 6.
В основном роторы всех генераторов приводятся во вращение
клиновидными зубчатыми или поликлиновидными ремнями. Исключение
составляют генераторы Г263А и 63.3701 автомобилей БелАЗ, роторы
которых приводятся во вращение через резиновую демпфирующую
муфту. Важным параметром, влияющим на работу генератора, является
передаточное число привода между коленчатым валом двигателя и
ротором генератора. Для электроснабжения потребителей передаточное
число должно быть как можно большим. Однако с ростом передаточного
числа снижается срок службы ремней, поэтому реальные передаточные
числа являются результатом компромисса между указанными двумя
требованиями и находятся в диапазоне 1,35-2,41.
Выпрямительные блоки
В современных генераторах устанавливают выпрямители в виде
блоков, соединенных с обмоткой статора генератора. Общим для всех
выпрямительных блоков является то, что они собраны по мостовой
схеме. На отечественных генераторах применяют выпрямительные блоки
двух типов - БПВ и ВБГ. Выпрямительные блоки ВБГ можно встретить
только на генераторах устаревших конструкций.
Выпрямительные блоки БПВ (рис. 8) представляют собой две
алюминиевые пластины - теплоотводы, соединенные в монолитную
конструкцию через изоляционные втулки заклепками. Один теплоотвод
75
Рис. 8. Выпрямительный блок БПВ:
1 - силовой выпрямитель; 2 - дополнительный выпрямитель обмотки возбуждения; 3 -
крышка генератора; 4 - диод обратной полярности Д104-20Х; 5 - теплоотвод, не
изолированный от массы; 6- вывод обмотки статора генератора; 7- болт крепления блока;
8 - монтажная шина; 9 - диод прямой полярности Д104-20; 10 - теплоотвод, изолированный
от массы
соединен с ’’массой” генератора, другой изолирован от нее и соединен
с выводом генератора.
Общим для всех блоков БПВ является то, что силовыми выпрямитель-
ными элементами в них являются диоды прямой и обратной полярностей,
корпуса которых выполнены с учетом запрессовки в теплоотводы.
Конструкция этих диодов одинаковая, они взаимозаменяемы, так как
у диода прямой полярности (Д104-20) на корпусе расположен катод, а
у диода обратной полярности (Д104-20Х) - анод.
Максимально допустимая сила прямого тока через диод - 20 А.
Падение напряжения при подключении в прямом направлении при силе
тока 20 А не должно превышать 1,4 В. Максимальное обратное
напряжение - 150 В, сила обратного тока при максимальном обратном
напряжении должна быть не более 5 мА.
В генераторах большой мощности применяют блоки с 12 диодами,
соединенными попарно параллельно. Выпрямительные блоки
БПВ63-100Т2 пятифазного генератора 955.3701 содержат 10 силовых и
5 маломощных диодов.
Дополнительные выпрямители обмоток возбуждения в блоках
БПВ 11-60 и БПВ62-100Т2 выполняются на диодах КД223А, имеющих
76
пластмассовый цилиндричес-
кий корпус диаметром 6,2 мм
и длиной 9,65 мм и проволоч-
ные выводы диаметром 1,2 мм.
Диоды размещены в пластмас-
совой подковке, обрамляющей
конструкцию выпрямитель-
ных блоков. Некоторые типы
выпрямительных блоков до-
полнительного выпрямителя не
имеют.
Сила, тока, протекающего
через отдельный диод в мос-
товой трехфазной схеме, равна
силе тока выпрямителя, делен-
ной на число фаз. Поэтому в
выпрямительных блоках
БПВ8-100, БПВ62-100Т2 гене-
раторов, сила тока которых
превышает 60 А, приходится
Рис. 9. Выпрямительный блок ВБГ-2А:
1 - теплоотводы с р-п переходами; 2 - отверстие
для присоединения вывода обмотки фазы; 3 -
шина вывода"+" генератора
применять 12 диодов, соединенных попарно параллельно. Исключение
составляет выпрямительный блок БПВ34-65 генератора 16.3701, в
котором, для того чтобы обеспечить повышенную силу тока - 65 А,
устанавливают диоды, рассчитанные на большую допустимую силу тока.
В генераторах с выпрямительными блоками БПВ чрезвычайно
опасным является короткое замыкание изолированного от ’’массы”
теплоотвода блока на крышку случайно попавшими внутрь генератора
металлическими предметами. Такое замыкание создает опасность для
всей системы электрооборудования автомобиля, так как аккумуляторная
батарея оказывается замкнутой накоротко внутри генератора.
Выпрямительный блок типа ВБГ имеет три литых оребренных
теплоотвода 1 (рис. 9), закрепленных на пластмассовом основании. В
углублениях каждого теплоотвода имеются два герметичных кремниевых
р-п перехода, причем один соединен с теплоотводом областью р, а
другой - областью п. Выводы этих переходов соединены вместе жесткими
шинами, одна из которых, образуя вывод выпрямителя, соединяется
при монтаже на генераторе с ’’массой”, а другая - с выводом ”+”
генератора. Три отверстия 2 в теплоотводах служат для присоединения
выводов обмоток фаз статора.
Выпрямительный блок ВБГ-2А, установленный на генераторе Г502А,
рассчитан на максимальную силу тока 35 А и максимальное обратное
напряжение 100 В.
77
Тема 4. Регуляторы напряжения
Лекция 11. Регулирование напряжения. Контактные регу-
ляторы напряжения
Напряжение Ud на выходе вентильного генератора регулируется
изменением силы тока возбуждения. Обмотка возбуждения получает
питание через регулятор напряжения от двухполупериодного силового
выпрямителя или подключается к дополнительному выпрямителю.
Регулятор напряжения 1 (рис. 1) генератора 4 содержит элемент
сравнения 2, регулирующий 3 и измерительный 5 элементы. Измеритель-
ный элемент 5 преобразует напряжение генератора Ud в сигнал 17изм,
который в элементе 2 сравнивается с заданным значением напряжения.
При наличии разности указанных напряжений на вход регулирующего
элемента 3 поступает сигнал t/0, который изменяет силу тока возбужде-
ния ZB на величину Д/в до тех пор, пока напряжение генератора не будет
равно заданному значению.
На автомобилях применяют регуляторы напряжения дискретного
действия. Как только напряжение генератора превышает заданное
значение, регулятор напряжения ’’разрывает” цепь электроснабжения
обмотки возбуждения и создает в ней дополнительное сопротивление.
В результате сила тока возбуждения и напряжение генератора начинают
уменьшаться (рис. 2). При заданном нижнем уровне напряжения
регулятор вновь замыкает цепь питания обмотки возбуждения, и
напряжение генератора Udповышается. Далее процессы переключения
периодически повторяются.
Частота регулируемого напряжения должна быть выше 25-30 Гц,
чтобы пульсации напряжения не вызывали заметных для глаз колебаний
Рис. 1. Схема регулирования напряжения генератора
78
Рис. 2. Изменение силы тока возбуждения генератора по времени при различных частотах
вращения ротора:
п2 - соответственно первоначальное и последующее значения частоты вращения ротора
стрелок контрольно-измерительных приборов освещения и световой
сигнализации. При заметном пульсировании силы тока возбуждения и
напряжения генератора их средние значения /вср и С7Н для заданных
частоты вращения ротора п и силы тока нагрузки остаются неизменными.
С увеличением частоты вращения ротора генератора (п2 > «1)
относительное время включения цепи питания обмотки возбуждения 11
в течение периода гп уменьшается, а время t2 отключения обмотки
возбуждения от источника электроэнергии увеличивается, поэтому
среднее значение силы тока ZBCp возбуждения, при котором стабилизиру-
ется напряжение, будет меньше (ZBCp2 < ZBCp). С увеличением силы тока
нагрузки генератора относительное время разомкнутого состояния цепи
электроснабжения обмотки возбуждения уменьшается. Включение и
отключение обмоток возбуждения в электронных регуляторах обычно
осуществляется с помощью выходного транзистора, соединенного
последовательно с обмоткой возбуждения.
Вибрационные регуляторы напряжения
Схема вибрационного регулятора напряжения РР380 автомобилей
ВАЗ некоторых моделей приведена на рис. 3. В вибрационном регуляторе
1 напряжения эталонной величиной является сила натяжения пружины
5, отжимающей якорь 4 реле от его сердечника 6. Измерительный элемент
регулятора - обмотка на сердечнике магнитопровода. Она воспринимает
напряжение генератора.
У регулятора РР380 имеются две пары контактов (размыкающие 2 и
замыкающие 3), с помощью которых осуществляется двухступенчатое
регулирование.
79
1
Рис. 3. Схема вибрационного регулятора
напряжения РР380
При замыкании контактов
выключателя зажигания обмотка
возбуждения через размыкающие
контакты 2 регулятора снабжается
электроэнергией от аккумулятор-
ной батареи, в результате чего
обеспечивается возбуждение гене-
ратора.
После пуска двигателя частота
вращения ротора генератора уве-
личивается, напряжение возраста-
ет. Соответственно возрастает
сила тока в обмотке регулятора
напряжения, магнитный поток в
магнитопроводе и сила, с которой
якорь 4 электромагнита притяги-
вается к сердечнику.
Контакты 2 размыкаются,
когда сила притяжения якоря 4 к
сердечнику 6 превысит препятствующую этому силу натяжения пружины
5. При размыкании контактов 2 в цепь обмотки возбуждения включается
добавочный резистор R , сила тока возбуждения и напряжение
генератора уменьшаются. Когда напряжение становится ниже регулируе-
мой величины, пружина возвращает якорь в исходное положение,
контакты 2 вновь замыкаются и шунтируют резистор Ад. Сила тока в
обмотке возбуждения возрастает, напряжение повышается. Далее процесс
повторяется.
Сопротивление резистора Ад для двухступенчатых регуляторов
выбирают небольшим (в регуляторе РР380 Ад = 5,5 Ом). Малое
сопротивление резистора А способствует облегчению условий работы
и продлению срока службы контактов, но при этом становится
недостаточным предел регулирования напряжения по частоте вращения
ротора на первой ступени.
Начиная с определенной частоты вращения ротора, напряжение на
выводах генератора возрастает настолько, что под действием силы
притяжения якоря 4 к сердечнику 6 замыкаются контакты 3. Обмотка
возбуждения замыкается на массу. Сила тока возбуждения и напряжение
уменьшаются, пружина 5 размыкает контакты 3, и обмотка возбуждения
вновь оказывается включенной в цепь питания, что приводит к
повышению напряжения генератора.
Процессы регулирования напряжения на второй и первой ступенях
аналогичны. Различие состоит в том, что постоянство напряжения на
80
первой ступени достигается включением и выключением резистора Ад
в цепи обмотки возбуждения, а на второй ступени - замыканием обмотки
возбуждения на массу.
Резистор Атк, включенный последовательно в цепь обмотки
электромагнита регулятора, осуществляет его температурную компенса-
цию, т.е. снижает зависимость регулируемого напряжения от температу-
ры. Резистор Лтк изготовлен из провода, сопротивление которого мало
изменяется с изменением температуры. Термокомпенсацию обеспечивает
также подвеска якоря реле на биметаллической пластине. Работу
контактов облегчает катушка индуктивности L.
Для контактов вибрационного реле характерно искрение, которое
оказывает на них разрушающее воздействие. Степень влияния искрения
на разрушение контактов характеризуется разрывной мощностью,
равной произведению напряжения на контактах на силу тока возбужде-
ния. Для надежной работы контактов разрывная мощность должна
находиться в пределах 150-200 Вт.
Настройку регулятора на нужное напряжение осуществляют
изменением силы натяжения пружины 5 при ее растяжении или сжатии.
Если выступ, поддерживающий пружину, отогнуть таким образом, чтобы
пружина растянулась, то потребуется большая сила для притяжения
якоря к сердечнику электромагнита, поэтому уровень регулируемого
напряжения возрастает.
Контактно-транзисторные регуляторы напряжения
Основное преимущество контактно-транзисторных регуляторов перед
вибрационными - большой срок службы контактных пар. В контактно-
транзисторных регуляторах основной ток возбуждения повышенной силы
проходит через силовой транзистор. Функция контактной пары
электромагнитного реле сводится к коммутации тока управления
транзистором небольшой силы, который работает в режиме ключа.
Контакты электромагнита, включенные в цепь базы транзистора,
выполняют функции органа управления. Чувствительным элементом
регулятора напряжения является обмотка электромагнита, находящаяся
под напряжением генератора.
При напряжении генератора, меньшем регулируемого, контакты
замкнуты, а благодаря наличию тока базы транзистор открыт.
Сопротивление цепи возбуждения определяет только сопротивление
самой обмотки возбуждения. С увеличением частоты вращения ротора
напряжение генератора возрастает. При напряжении генератора больше
регулируемого электромагнит преодолевает сопротивление пружины и
81
Рис. 4. Контактно-транзисторный регулятор
РР362
контакты замыкаются, шунтируя
переход эмиттер-база. Транзис-
тор запирается, а сопротивление
цепи возбуждения увеличивает-
ся, так как ток возбуждения дол-
жен проходить через добавоч-
ный резистор. Уменьшение силы
тока возбуждения вызывает
уменьшение магнитного потока,
ЭДС и напряжения генератора.
Это, в свою очередь, приводит
к ослаблению усилия электро-
магнита, и в какой-то момент
контакты размыкаются. Этот
процесс повторяется периодичес-
ки и напряжение генератора
колеблется около заданного регулируемого напряжения.
Примером контактно-транзисторного регулятора напряжения может
служить реле-регулятор РР362 (рис. 4). Роль регулирующего устройства
реле выполняет транзистор VT, который через диод VD1 включен в цепь
возбуждения. Управление транзистором осуществляет электромагнитное
реле с двумя парами контактов KV: 1 и KV: 2, Реле имеет одну основную
обмотку KV управления, оно включено по схеме с ускоряющим и
выравнивающим резисторами. Функции выравнивающего резистора
выполняет диод VD1, который одновременно обеспечивает состояние
отсечки транзистора. Необходимая степень насыщения транзистора
обеспечивается подбором сопротивления резистора по которому
протекает ток базы.
При включении выключателя зажигания в цепи эмиттер-база
транзистора через диод смещения VD1 и резистор цепи базы начинает
протекать ток от аккумуляторной батареи. Этого достаточно, чтобы
транзистор VT открылся и к источнику электроснабжения через диод
VD1 и переход эмиттер-коллектор транзистора подключилась обмотка
возбуждения. Напряжение генератора подводится к обмотке KV через
диод VD1, ускоряющий резистор Ауи резистор термокомпенсации Ата.
При возрастании напряжения с повышением частоты вращения
ротора генератора замыкаются контакты KV: 2. Переход эмиттер-база
оказывается смещенным в обратном направлении (потенциал эмиттера
ниже потенциала базы на величину падения напряжения в диоде VD1).
Обратное смещение этого перехода прерывает протекание тока в цепи
базы транзистора и переводит его в закрытое состояние. Ток в обмотку
возбуждения протекает через ускоряющий Ry и добавочный Ад
82
резисторы, что приводит к снижению силы этого тока и напряжения
генератора.
Уменьшение напряжения вызывает размыкание контактов KV: 2,
отпирание транзистора VT и подключение обмотки возбуждения
непосредственно к источнику электроснабжения. Сила тока возбуждения
и напряжение генератора возрастают. Далее процесс периодически
повторяется.
Для того чтобы исключить перенапряжения на транзисторе УТ,
возникающие при коммутации цепи возбуждения, обмотка возбуждения
генератора шунтирована диодом VD2.
Ускоряющий резистор Ry является элементом жесткой обратной связи.
Когда транзистор VT находится в состоянии насыщения (открыт), через
резистор Ry протекает ток обмотки электромагнитного реле KV. При
закрытом транзисторе сила тока увеличивается на величину силы тока
обмотки возбуждения. Следовательно, при переходе транзистора в
состояние отсечки (закрытое) падение напряжения на резисторе R у рез-
ко возрастает, что приводит к скачкообразному изменению напряжения
на обмотке электромагнита KV. При этом сокращается время разомкну-
того состояния контактов и, как следствие, повышается частота их
вибрации и уменьшается амплитуда колебаний регулируемого напряже-
ния.
Полупроводниковые элементы регуляторов напряжения требуют
защиты от токовых перегрузок и опасных импульсов напряжения.
Перегрузки могут возникнуть при замыкании выводов генераторной
установки между собой или на массу, а также при перерегулировании
присоединенных к ним монтажных проводов. Часто отказ одного из
элементов генераторной установки влечет за собой выход из строя
другого элемента. Например, пробой выходного транзистора регулятора
напряжения может вывести из строя обмотку возбуждения. С другой
стороны, межвитковое замыкание в обмотке возбуждения может
привести к выходу из строя выходного транзистора. Поэтому любой
элемент защиты способствует повышению надежности генераторной
установки в целом.
Поскольку транзисторы чувствительны даже к кратковременным
перегрузкам, в регуляторе РР362 предусмотрена защита от коротких
замыканий. Функции защиты выполняет электромагнитное реле с
замыкающими контактами KV: 1. Реле КА, имеющее одну обмотку
управления, включенную через размыкающие контакты KV: 1 и диод
VD2 параллельно транзистору VT, переключается в активное состояние
и становится неработоспособным вследствие теплового пробоя. К
основной обмотке реле КА защиты через замкнувшие контакты KV: 1
подается напряжение аккумуляторной батареи. Реле защиты срабатывает,
замыкая контакты КА : 1, Транзистор переключается из активного
83
состояния в состояние отсечки. Контакты реле защиты будут замкнуты
до тех пор, пока не будет устранено короткое замыкание.
Лекция 12. Бесконтактные транзисторные регуляторы
напряжения
Основу бесконтактных транзисторных регуляторов напряжения
составляют транзисторные реле с эмиттерной и коллекторной обратной
связью.
Схема бесконтактного транзисторного регулятора напряжения с
эмиттерной обратной связью приведена на рис. 1. Измерительным
органом регулятора является цепь R1-R2-R-VD1. регулирующим
устройством - транзисторное реле с эмиттерной обратной связью
(транзисторы VT1, VT2, диод VD2, резисторы R3, R4 и резистор
обратной связи Ro с ). Транзисторное реле нагружено обмоткой W1
возбуждения генератора, шунтированной диодом VD3.
При напряжении на резисторе R1, меньшем порогового напряжения
стабилитрона VD1, стабилитрон не пробит и сила тока, протекающего
по цепи R-VD1, практически равна нулю. Напряжение, приложенное к
эмиттерному переходу транзистора, вычисляется по выражению £7э1 =
= UR - UR . Следовательно, транзистор VT1 находится в состоянии
отсечки. Напряжение на его эмиттерно-коллекторном переходе
практически равно напряжению генератора и приложено к эмиттерному
Рис. 1. Схема бесконтактного транзис-
торного регулятора напряжения с эмит-
терной обратной связью
переходу транзистора VT2 в прямом
направлении. Транзистор VT2 нахо-
дится в состоянии насыщения. Сте-
пень насыщения зависит от сопротив-
ления резистора R3.
Поскольку сопротивление резисто-
ра Roc и падение напряжения на
диоде VD2 невелики, то можно счи-
тать, что к обмотке возбуждения
подается практически полное напря-
жение генератора, что обеспечивает
самовозбуждение и увеличение напря-
жения генератора Ur
При напряжении генератора,
равном напряжению срабатывания
транзисторного реле, в цепи R-VD1
возникает сила тока стабилизации
стабилитрона. Напряжение на эмит-
84
терном переходе транзистора VT1 достигает порогового значения и
транзистор переходит из состояния отсечки в состояние насыщения,
шунтируя переход эмиттер-база транзистора VT2. Транзистор VT2
переходит из состояния насыщения в состояние отсечки, сила тока
возбуждения понижается, что приводит к уменьшению создаваемого
обмоткой возбуждения магнитного потока, ЭДС и напряжения
генератора. Это вызывает скачкообразное понижение входного
напряжения на транзисторе VT1 и переключение его из состояния
насыщения в состояние отсечки. Необходимое смещение эмиттерного
перехода транзистора VT2 при его переключении в состояние отсечки
обеспечивается подбором параметров цепи VD2-R4.
Как только напряжение генератора достигает напряжения перехода
в исходное состояние транзисторного реле, напряжение на эмиттерном
переходе транзистора VT2 достигает порогового значения, при котором
транзистор VT2 начинает переключаться из состояния отсечки в
состояние насыщения, что обусловливает повышение силы тока
возбуждения и напряжения генератора. Транзистор VT1 из состояния
насыщения переключается в состояние отсечки, а транзистор VT2 из
состояния отсечки - в состояние насыщения. Релейный эффект в
регуляторе достигается посредством резистора RQ с, обеспечивающего
положительную обратную связь.
Схема регулятора напряжения с коллекторной обратной связью
приведена на рис. 2, а. Регулятор напряжения содержит фильтр, функции
которого выполняет катушка индуктивности Ы, измерительное
устройство (резисторы Rl, R2, R4 и стабилитрон VD1) и регулирующее
устройство - транзисторное реле с коллекторной обратной связью
(транзисторы VT1, VT2, диод VD2, резисторы R5, R6 и R3). Нагрузкой
транзисторного реле является обмотка возбуждения W2 генератора,
шунтированная диодом VD3.
В регуляторе напряжения используются кремниевые транзисторы
п-р-п типа. Так как кремниевые транзисторы имеют сравнительно
высокое пороговое напряжение, то отрицательного смещения на
эмиттерном переходе не создается.
Частота пульсаций напряжения, выпрямленного двухполупериодным
трехфазным выпрямителем, при максимальной частоте вращения ротора
составляет несколько килогерц. Такая частота переключений транзистора
ведет к большим изменениям напряжения и низкой точности регулирова-
ния. Поэтому применяют фильтры и напряжение регулируют по среднему
выпрямленному напряжению Ud. Регулятор напряжения работает в
режиме автоколебаний.
Особенностью рассматриваемого регулятора напряжения является
наличие коллекторной обратной связи через резистор R3, включенный
85
Рис. 2. Схемы транзисторных регуляторов с коллекторной обратной связью
между коллектором транзистора VT2 и базой транзистора VT1. При
напряжении равном напряжению срабатывания реле, по цепи VD1-R4
протекает ток стабилизации стабилитрона. Напряжение на эмиттерном
переходе транзистора VT1 достигает порогового значения. Транзистор
VT1 начинает переключаться из состояния отсечки в состояние
насыщения. Транзистор VT2 переходит в состояние отсечки. При этом
потенциал коллектора транзистора VT2 возрастает, сила тока в цепи
R3-R4 увеличивается, что приводит к скачкообразному повышению
напряжения на эмиттерном переходе транзистора VT1 и резкому
переключению его в состояние насыщения. Напряжение на переходе
эмиттер-коллектор транзистора также скачкообразно уменьшается.
Чтобы обеспечить состояние отсечки транзистора VT2, напряжение
эмиттер-коллекторного перехода транзистора VT1 подается ко входу
транзистора VT2 через диод VD2.
При напряжении Ud, равном напряжению возврата, потенциал
коллектора транзистора VT2 и сила тока обратной связи уменьшаются,
что приводит к скачкообразному снижению напряжения на эмиттерном
переходе транзистора VT1 и переключению его из состояния насыщения
в состояние отсечки.
В схеме регулятора напряжения на рис. 2, б предусмотрена защита
от коротких замыканий в обмотке возбуждения. Так как регулятор
предназначен для работы в генераторной установке напряжением 28 В,
в нем установлены два стабилитрона VD1 и VD2.
Для обеспечения стабильности регулируемого напряжения с
изменением температуры в делителе напряжения предусмотрен резистор
86
RK1. Кроме того, в регулятор напряжения входит переключатель S1
(зима - лето) для изменения уровня регулируемого напряжения.
Защиту регулятора напряжения от коротких замыканий обмотки
возбуждения обеспечивает транзистор VT2, цепочка C2-R6-R8 и
разрядный диод VD3.
При коротком замыкании обмотки возбуждения транзистор VT3
переключается в активное состояние. В этом режиме на транзисторе
выделяется большая мощность и резко повышается его температура, что
ведет к тепловому пробою переходов и отказу регулятора напряжения.
Защита необходима, чтобы уменьшить время нахождения транзистора
VT3 в активном состоянии.
Как только возникает короткое замыкание обмотки возбуждения,
происходит заряд конденсатора С2 по цепи ”+” генератора - C2-R6-R8
- "масса". Напряжение на резисторе R8 становится достаточным, чтобы
переключить транзистор VT2 в состояние насыщения, а транзистор VT3 -
в состояние отсечки. Транзистор VT2 будет находиться в состоянии
насыщения до тех пор, пока напряжение на резисторе R8 не станет
примерно равным пороговому напряжению.
По истечении времени насыщения транзистор VT2 переключается в
состояние отсечки, а транзистор VT3 переходит в активное состояние.
Конденсатор С2 начнет разряжаться по цепи VT3-VD3. После разряда
конденсатор С2 вновь заряжается и транзистор VT2 переходит в
состояние насыщения, а транзистор VT3 - в активное состояние. В
результате время нахождения транзистора VT3 в активном состоянии
резко уменьшается и, соответственно, уменьшается мощность рассеяния
транзистора.
Для повышения коэффициента усиления по току и входного
сопротивления применяют составные транзисторы. Схема бесконтактно-
го транзисторного регулятора напряжения с составным транзистором
приведена на рис. 3. Эмиттером составного транзистора VT2-VT3
является эмиттер транзистора VT3, а базой - база транзистора VT2.
Коллекторы обоих транзисторов соединены между собой. Два транзисто-
ра, включенные по схеме составного транзистора (схема Дарлингтона),
могут рассматриваться как один с большим коэффициентом усиления.
Применение составного транзистора позволяет снизить силу его базового
тока, а следовательно, исключить использование в цепи базы резистора
с большим сопротивлением и снизить рассеиваемую мощность в
регуляторе, что способствует уменьшению его размеров.
Регулятор имеет жесткую эмиттерную обратную связь через резистор
R7 и гибкую коллекторную по цепи R9-C1. Конденсатор С2 выполняет
функции фильтра. Применение гибкой обратной связи ускоряет процессы
переключения транзисторов. Если составной транзистор находится в
87
Рис. 3. Схема бесконтактного транзисторного
регулятора напряжения с составным транзис-
тором
Рис. 4. Схема бесконтактного регулятора
напряжения с каскадным соединением тран-
зисторов
состоянии насыщения, напряжение в цепи R4-C1-R9 мало и ток в ней
отсутствует. При переходе составного транзистора в состояние отсечки
потенциал его коллектора резко возрастает. В цепи R9-C1-R4 -
эмиттерный переход транзистора VT1 возникает импульс тока,
форсирующий процесс переключения транзистора VT1 и транзистора
VT3. Конденсатор С1 разряжается. При переключении транзистора VT3
из состояния отсечки в состояние насыщения конденсатор С1 разряжается
по цепи R9-VT3-VT1, создавая на входе транзистора VT1 импульсы
обратной полярности. Процесс переключения транзистора VT1 из
состояния насыщения в состояние отсечки ускоряется. По рассмотренной
принципиальной схеме выполнены регуляторы Я112 и Я120 и их
модификации.
Применение составного транзистора в регуляторе напряжения
приводит к повышению начальной частоты тока отдачи генератора, так
как падение напряжения на составном транзисторе больше, чем на
обычном транзисторе. Для снижения этой частоты в регуляторах
напряжения применяют каскадное соединение транзисторов (рис. 4).
Регулятор на рис. 2, б отличается от регулятора на рис. 4 тем, что
содержит дополнительный каскад усиления на транзисторе VT2. При
напряжении Ud, меньшем напряжения срабатывания регулятора,
транзистор VT1 находится в состоянии отсечки, а транзисторы VT2 и
VT3 - в состоянии насыщения. При достижении Ud значения напряжения
срабатывания транзистор VT1 переходит в состояние насыщения, а
транзисторы VT2 и VT3 - в состояние отсечки. Коллекторная обратная
связь в регуляторе напряжения осуществляется с помощью резистора R6.
Регулятор напряжения 201.3702 (рис. 5) предназначен для работы с
генераторами Г250, 32.3701.
88
Рис. 5. Схема регулятора напряжения 20.3702
Резисторы Rl, R2, R3 и R4 образуют измерительный элемент
регулятора. Резистором R1 в делителе напряжения обеспечивается
настройка регулятора. Элементом сравнения является стабилитрон VD1.
Стабилитрон расположен не в цепи базы, а в цепи эмиттера входного
транзистора VTL Так как транзистор VT1 открывается током перехода
эмиттер-база, то перенос стабилитрона из цепи базы в цепь эмиттера на
принцип работы регулятора влияния не оказывает. Однако, поскольку
сила тока в цепи эмиттера больше, чем в цепи базы, этот перенос
способствует более стабильной работе регулятора напряжения по уровню
поддерживаемого им напряжения.
Регулирующим элементом является часть схемы на транзисторах VT1,
VT3, VT4 и VT5. Транзисторы VT4 и VT5 включены по схеме составного
транзистора.
Когда транзистор VT1 находится в состоянии насыщения, транзистор
VT3 находится в том же состоянии, так как ток его базы протекает через
переход эмиттер-коллектор VT1. Составной транзистор VT4, VT5
закрыт, так как его переход эмиттер-база шунтирован переходом
эмиттер-коллектор транзистора VT3. Если транзистор VT1 закрыт (что
бывает при низком напряжении, когда ток через стабилитрон VD1 не
протекает), то закрыт транзистор VT3 и открыт составной транзистор
VT4, VT5.
Жесткая обратная связь осуществляется резистором R6. При переходе
составного транзистора VT4, VT5 в открытое состояние резистор R6
89
подключается параллельно резистору R4 входного делителя напряжения.
Это приводит к скачкообразному повышению напряжения на стабилит-
роне VD1, к уменьшению времени его отпирания и отпирания транзисто-
ров VT4, VT5. При запирании составного транзистора резистор R6
отключается от резистора R4, что способствует скачкообразному
уменьшению напряжения на стабилитроне VD1 и к уменьшению времени
запирания. Следовательно, резистор R6 жесткой обратной связи
повышает частоту переключения регулятора напряжения.
Конденсатор С1 осуществляет фильтрацию пульсаций входного
напряжения и исключает их влияние на работу регулятора напряжения.
При нормальном режиме работы регулятора напряжения транзистор
VT2 обеспечивает форсированный переход транзисторов VT3, VT4 и VT5
из состояния отсечки в состояние насыщения и обратно. В результате
снижаются потери мощности при переключении. В этом случае
транзистор VT2 вместе с конденсатором С2 и резистором R9 осуществля-
ют гибкую обратную связь в регуляторе.
В аварийном режиме схема с транзистором VT2 защищает составной
транзистор VT4, VT5 от перегрузки. Средняя сила тока, проходящего
через выходной транзистор, который переходит в автоколебательный
режим работы, невелика и не может вывести его из строя.
Диод VD3 является гасящим диодом. Диод VD4 защищает регулятор
от импульсов напряжения обратной полярности. Остальные элементы
обеспечивают нужный режим работы полупроводниковых элементов
схемы.
Регулятор напряжения 13.3702 (рис. 6), работающий в комплекте с
генератором 16.3701, имеет измерительный элемент - делитель на
резисторах R1 и R2. Делитель соединен с элементом сравнения -
стабилитроном VDL Электронное реле регулятора собрано на транзисто-
рах VT1, VT2 и VT3. Силовым транзистором в выходной цепи регулятора
является составной транзистор VT2, VT3. Обмотка возбуждения
генератора соединена с выводом
Цепь жесткой обратной связи состоит из резисторов R3, R4 и диода
VD2. При закрытом транзисторе VT1 одно из плеч делителя напряжения
образуется параллельно включенным резистором R1 (он является
подстроечным) и последовательно соединенными между собой
резисторами R3 и R4. При переходе в состояние насыщения транзистор
VT1 шунтирует совместно с диодом VD2 резистор R4. Напряжение на
стабилитроне резко уменьшается, что приводит к ускоренному
переключению транзистора в состояние отсечки. Таким образом, цепь
жесткой обратной связи повышает частоту переключения регулятора
напряжения.
90
Рис. 6. Схема регулятора напряжения 13.3702
Гибкая обратная связь, обеспечиваемая конденсаторами С1 и С2,
снижает влияние электромагнитных помех, в том числе и пульсаций
выпрямленного напряжения, на работу регулятора напряжения и
предотвращает возможность его самовозбуждения при высокой частоте.
Гибкой обратной связью является также цепь конденсатор СЗ -
резистор R9. Она обеспечивает ускоренное запирание транзисторов
регулятора. Конденсатор С4 фильтрует высокочастотные импульсы на
входе в регулятор.
В регуляторе предусмотрены два элемента защиты. От токовых
перегрузок выходной транзистор защищен предохранителем F, а от
импульсов напряжения обратной полярности - диодом VD5.
Отличием регулятора напряжения РР132-А (рис. 7) является
отсутствие в нем конденсаторов. Вместо них в схему включена катушка
индуктивности L, сглаживающая пульсации выпрямленного напряжения
для предотвращения ложного срабатывания регулятора. На выходе
регулятора стоят два параллельно включенных транзистора VT2 и VT3,
что повышает надежность работы регулятора. Переключатель SQ
изменяет уровень напряжения, поддерживаемого регулятором (посезон-
ная регулировка). Стабилитроны VD2-VD4 в цепях баз выходных
транзисторов обеспечивают надежное их запирание. Диод VD5 гасящий.
91
Рис. 7. Схема регулятора напряжения РР132-А
Регулятор напряжения 23.3702 (рис. 8) работает в схемах генераторных
установок автобусов с дизелями. С его помощью поддерживается
напряжение 28 В. Посредством переключателя SO обеспечивается
установка трех уровней регулируемого напряжения. Транзисторы VT1
и VT3 образуют электронное реле, управляющее током в обмотке
возбуждения генератора. Транзистор VT2 вместе с цепью C3-R12
обеспечивает гибкую обратную связь и защиту схемы от замыканий в
цепи обмотки возбуждения.
Рис. 8. Схема регулятора напряжения 23.3702
92
Лекция 13. Интегральные регуляторы напряжения.
Тиристорный регулятор.
Устройство регуляторов напряжения
Интегральные регуляторы напряжения
Интегральные регуляторы напряжения рассчитаны на силу тока 3,3
и 5 А. Схемы регуляторов достаточно просты, поэтому они имеют
небольшие размеры. Кроме того, они максимально унифицированы для
напряжения 14 и 28 В. Малогабаритные интегральные регуляторы
напряжения встраиваются в генератор, поэтому в их схемах отсутствуют
элементы защиты полупроводниковых элементов.
На рис. 1 приведена схема регулятора Я112-В, встроенного в
генератор Г222. В регуляторе входной делитель напряжения собран на
резисторах Rl, R2 и R3. Элементом сравнения служит стабилитрон VD1.
В выходной цепи находится составной транзистор VT2, VT3. Надежное
запирание составного транзистора обеспечивает диод VD2. Диод VD3
является гасящим. Гибкую обратную связь осуществляет цепь C2-R7-C1.
Входная цепь регулятора Я112-В снабжается электроэнергией через
отдельный вывод Если напряжение на выводе ”5” отсутствует, то
отсутствует и базовый ток составляющего транзистора VT2, VT3.
Транзистор закрыт и протекание тока в цепи обмотки возбуждения
невозможно.
Если прерывание тока в цепи возбуждения при неработающем
двигателе осуществляется другим путем, выводы "Ь7” и "В" соединены
между собой перемычкой внутри регулятора и наружу выведен только
вывод "В". В регуляторе Я112-А этот вывод дублирован, что исключает
возможность отключения гасящего диода от обмотки возбуждения при
нарушении контакта вывода "В" с контактной пластиной щеткодержате-
ля.
Входной делитель напряжения регулятора Я112-В1 (рис. 2) собран на
резисторах Rl, R2 и R3. Элемент сравнения стабилитрон VD1, входной
транзистор электронного реле VT1 и резистор R8 выполнены в одном
корпусе в виде микросхемы DA1. В выходной цепи, как и у многих типов
транзисторных регуляторов, установлен составной транзистор VT2.
Гибкую обратную связь осуществляет цепь C2-R4-C1. Гасящим является
диод VD2. Защиту схемы от возможных аварийных режимов обеспечива-
ют диоды VD3, VD4.
Интегральный регулятор Я 120-М работает с генераторной установкой
Г273 (рис. 3). Измерительный делитель напряжения собран на резисторах
R1 и R2.
93
Рис. 1. Схема интегрального регулятора
напряжения Я112-В
Рис. 2. Схема интегрального регулятора
напряжения Я112-В1
Резисторы R1 и R2 являются настроечными и регулируются на
заданное выходное напряжение при изготовлении регулятора. Резистор
R8 обеспечивает сезонное изменение регулируемого напряжения
генераторной установки. В холодное время года выключатель S1,
установленный в генераторе на теплоотводе общего узла щеткодержателя
и регулятора напряжения, переводится в замкнутое состояние, соот-
ветствующее положению ”3” (зима). Резистор R8 подключается
Рис. 3. Схема генераторной установки Г273 с интегральным регулятором напряжения
Я120-М
94
параллельно резистору R2, и на-
пряжение генераторной установки
увеличивается на 1,2-2,8 В. Летом
выключатель S1 устанавливается
в положение ’’Л”.
Регулятор имеет два последова-
тельно включенных стабилитрона
VD1 и VD2, так как рассчитан на
номинальное напряжение 28 В.
Оба стабилитрона управляют
базовым током транзистора VT1,
который, в свою очередь, управля-
ет базовым током выходного со-
Рис. 4. Схема регулятора напряжения
Я120-М1
ставного транзистора VT2. Гибкая
обратная связь осуществляется
через конденсатор С7, резистор R6
и конденсатор С2.
Резистор Ап, встроенный в генератор, обеспечивает возбуждение
генератора от аккумуляторной батареи.
Регулятор имеет дополнительный вывод "Z>" для подключения к
нулевой точке обмотки статора генератора.
Регулятор напряжения Я120-М1 (рис. 4) имеет вывод ”Р”, через
который специальным переключателем в холодное время параллельно
резистору R3 подключается внешний резистор, что позволяет увеличить
регулируемое напряжение.
Регулятор напряжения 17.3702 (рис. 5) встраивается в щеточный узел
генератора 37.3701. Входной делитель собран на резисторах R2, R5, R6.
Рис. 5. Схема регулятора напряжения 17.3702
95
Стабилитрон VD1, как элемент сравнения, расположен в эмиттерной цепи
транзистора VT1 электронного реле на четырех транзисторах VT2, VT3,
VT4 и VT5. Выходные транзисторы VT4 и VT5 включены параллельно,
что обеспечивает повышенную надежность регулятора и работу с током
возбуждения силой 5 А. Жесткая обратная связь обеспечивается
резистором R8, гибкая - конденсаторами Cl, С2, СЗ и резистором R9.
Вывод ”1?” подсоединяется к дополнительному выпрямителю, а вывод
- к силовому.
Тиристорный регулятор напряжения
Управлять тиристором в тиристорных регуляторах напряжения можно
путем регулирования угла включения (с естественной коммутацией) или
относительной длительности включения (с искусственной коммутацией).
Схема тиристорного регулятора напряжения с естественной
коммутацией приведена на рис. 6. Функции регулирующего органа в
регуляторе выполняет тиристор VT2, в анодную цепь которого включена
обмотка возбуждения W1 генератора. Обмотка возбуждения шунтирова-
на гасящим диодом VD3. Для обеспечения естественной коммутации
тиристор подключен к генератору через однофазный двухполупериодный
выпрямитель с двумя диодами силового выпрямителя генератора и двумя
вспомогательными диодами VD5 и VD6. Для возбуждения генератора
к обмотке возбуждения подается напряжение аккумуляторной батареи
через резисторы R7 и R8. Условия коммутации тиристора улучшает
конденсатор С1.
Измерительное устройство состоит из усилителя постоянного
напряжения на транзисторе VT1 и измерительной цепи с делителем
напряжения R1-R2-R4 и стабилитронов VD1-VD2. Катушка индуктив-
ности выполняет функцию фильтра.
Рис. 6. Схема интегрального регулятора напряжения с естественной коммутацией
96
Напряжение к измерительному устройству подается при включении
выключателя S1 зажигания. Если это напряжение ниже напряжения
срабатывания электронного реле регулятора, в цепи L1-R5-VD4-R6
возникает ток, создающий падение напряжения на резисторе R6,
достаточное для переключения тиристора в состояние насыщения. В этом
случае обеспечивается возбуждение генератора. Затем, по мере
возрастания напряжения генератора, обмотка возбуждения переключа-
ется на электроснабжение от однофазного мостового выпрямителя.
Когда напряжение достигает напряжения срабатывания, транзистор
VT1 переключается в состояние насыщения. Напряжение на управляю-
щем электроде тиристора резко падает при напряжении на выходе
однофазного выпрямителя, близком к нулю, тиристор переходит в
состояние отсечки. Обмотка возбуждения отключается от источника
электроснабжения. Сила тока в обмотке возбуждения и напряжение
генератора уменьшаются. При выходном напряжении Ud генератора,
равном напряжению срабатывания, транзистор VT1 переключается в
состояние отсечки, а тиристор - в состояние насыщения. Далее процессы
повторяются.
В автотракторном электрооборудовании тиристорные регуляторы
применяются редко. Применение тиристоров не упрощает схему
регулятора напряжения, создает более сложные условия для возбуждения
генератора и требует увеличения объема обмотки возбуждения
генератора, так как напряжение электроснабжения обмотки возбуждения
ниже выпрямленного напряжения.
Устройство регуляторов напряжения
Конструкция регуляторов напряжения, располагаемых вне генератора
и соединенных с ним через провода бортовой сети, в основном
идентичны. Такие регуляторы можно разделить на две группы: с
металлическим корпусом-крышкой и пластмассовым корпусом. Эти
регуляторы напряжений по аналогии с вибрационными иногда называют
реле-регуляторами.
При разработке полупроводниковых регуляторов напряжения
необходимо учитывать особенности полупроводниковых приборов и
использовать современные достижения в области полупроводниковой
техники, связанные с новейшей технологией изготовления - технологией
интегральных схем.
Особенность электронных изделий - блочный принцип построения
конструкций. В этом случае открываются широкие возможности для
унификации и стандартизации элементов, что позволяет применять в
4 - 6222
97
2 3 4
Рис. 7. Схема блока регулятора напряжения РР132:
1 - печатная плата; 2, 3, 6, 9, 10, 12 - резисторы; 4, 7-диод; 5 - катушка индуктивности;
8 - теплоотвод диода; 11 - стабилитрон; 13 - теплоотвод силового транзистора; 14, 15 -
транзисторы; 16 - планка для крепления транзистора
производстве прогрессивные методы обработки, сборки и монтажа с
высокопроизводительным автоматизированным оборудованием.
По конструктивным признакам полупроводниковые регуляторы
напряжения относятся к блокам со смешанным монтажом. Монтаж
платы - печатный, внутриблочный монтаж - объемный.
Особенности полупроводниковых регуляторов с навесным мон-
тажом электрических и электронных компонентов на печатной плате
можно рассмотреть на примере регулятора РР132.
Блок регулятора РР132 (рис. 7) установлен в корпусе из свинцового
сплава. Регулятор имеет выводы для подключения к обмотке возбужде-
ния генератора и к выводу ”+” генератора (через выключатель зажига-
ния). Корпус регулятора соединен с ’’массой”. Блок состоит из узла
печатной платы 1 с навесными электрическими и электронными
элементами и теплоотвода 13, на котором закреплены транзисторы.
Основой печатной платы (рис. 8, а) является листовой или фольгиро-
ванный электротехнический стеклотекстолит. Фольгированный
стеклотекстолит с одной или двух сторон облицован красно-медной
электротехнической фольгой толщиной 0,035 и 0,05 мм. На поверхность
этого основания наносят печатный монтаж, выполняющий функции
монтажных проводов, разъемов и контактных деталей. Одно из
возможных креплений элементов на печатной плате показано на рис. 8, б.
В производстве наибольшее распространение получили электрохими-
ческий, химический и комбинированный методы изготовления печатных
98
Рис. 8. Печатная плата:
1 - плата; 2 - диод
плат. Электрохимический метод - гальваническое осаждение металла
на диэлектрик с металлизацией отверстий. Химический метод - травление
фольгированного диэлектрика с дополнительной операцией металлиза-
ции отверстий. Комбинированный метод - травление фольгированного
диэлектрика с одновременной металлизацией отверстий.
Различия печатных плат, выполненных по указанным методам,
заключаются в возможности размещения печатного монтажа с одной или
с двух сторон и в плотности печатного монтажа.*
Второй сборочной единицей регулятора РР132 является теплоотвод
(радиатор) 13 (см. рис. 7) с двумя транзисторами. Силовой транзистор
15 крепится к радиатору посредством металлической планки и изолиро-
ван от него слюдяной прокладкой. Электроды транзистора также
изолированы от радиатора посредством изоляционной колодки,
приклеенной к теплоотводу. В изоляционной колодке установлен
транзистор 14.
При размещении навесных элементов (резисторов, стабилитрона,
диода, катушки индуктивности) в печатном узле регулятора РР132
руководствуются следующим:
• установка элементов должна предусматривать доступ к любому
элементу и их легкую замену;
• должна быть предусмотрена возможность ручной или механизирован-
ной установки элементов, пайки и последующей защиты лаковыми
покрытиями;
• размещение элементов должно быть параллельно поверхности платы
со стороны, противоположной размещению печатных проводников.
Регулятор 13.3702 состоит из крышки-корпуса, выполненной из
4*
99
цинкового сплава, печатной платы, алюминиевой пластины-основания
и крышечки-поддона, закрывающей регулятор снизу.
Электрические и электронные элементы регулятора смонтированы
на печатной плате и находятся в полости между печатной платой и
пластиной-основанием. Входной транзистор КТ608Б установлен на плате
в специальном чашеобразном держателе. Транзистор К805АМ промежу-
точного усиления размещен непосредственно на печатной плате.
Мощный выходной транзистор КТ808А закреплен на пластине-
основании, являющейся для него теплоотводом. К пластине-основанию
приклеена выводная колодка штекерного разъема. Продолжением
штекеров ”+” и "ZZZ" являются стойки, которыми печатная плата крепится
к основанию. Выступы этих стоек выведены в прорези печатной платы
и развертуты для соединения стойки и платы. Так как стойки являются
одновременно выводами, их концы распаивают на печатной плате.
Еще одна стойка крепления печатной платы к основанию соединяет
схему регулятора с массой. Предохранитель в виде двух лепестков с
припаянной к ним проволокой расположен на наружной стороне
пластины-основания регулятора.
Выходной транзистор тремя проводами присоединяется к предохрани-
телю, выводу "ZZ7" и схеме, собранной на печатной плате. Проводами
также соединены гасящий диод с выводом "ZZZ” и конденсатор входного
фильтра с выводом ”+”.
Печатная плата вставлена внутрь корпуса-крышки и закреплена
винтами. Двумя винтами закреплена крышка-поддон. Через прорезь
крышки-поддона можно увидеть волосок предохранителя и убедиться
в его работоспособности.
Для встраивания внутрь генератора регуляторы выпускаются в
гибридном интегральном исполнении, представляющем собой комбина-
цию пленочных резисторов, выполненных на керамической изоляцион-
ной подложке, с миниатюрными дискретными элементами - конденсато-
рами, диодами, транзисторами.
Дискретными элементами интегрального регулятора напряжения
Я112 (рис. 9) являются стабилитрон VD1, диод VD2, транзистор VT1 и
конденсаторы С1 и С2. Резисторы Rl, R2, R3, R4, R5 и их соединения
выполнены в виде толстых пленок, осажденных на общей подложке из
керамики. Составной транзистор VT2, VT3 вместе с гасящим диодом
VD3, шунтирующим обмотку возбуждения, выполнен по полупроводни-
ковой технологии.
Конструкция регулятора неразборная. Пластмассовый корпус
приклеен к основанию, являющемуся одновременно теплоотводом и
выводом. К металлическому основанию приклеены две фольгированные
стеклотекстолитовые пластинки, которые являются выводами и к
100
Рис. 9. Схема интегрального регулятора напряжения Я112
которым подключаются вывод ”Ш" обмотки возбуждения и вывод ”В”.
Регулятор закрыт крышкой. Внутренняя полость заполнена топливо-
водостойким компаундом для защиты элементов схемы от воздействия
окружающей среды.
Таким образом, конструкцию регуляторов напряжения в значитель-
ной мере определяет технология их изготовления. При изготовлении
схемы на дискретных элементах регулятор обычно имеет печатную плату,
на которой располагаются эти элементы (рис. 10, а). При этом некоторые
элементы, например настроечные резисторы, могут выполняться по
толстопленочной технологии.
Гибридная технология предполагает, что резисторы выполняются на
керамической пластинке и соединяются с полупроводниковыми
101
Рис. 10. Регуляторы напряжения различного исполнения:
а - на дискретных элементах; б - выполненные по гибридной технологии; в - на
монокристалле кремния; 1 - силовой выходной каскад; 2 - схема управления
элементами - диодами, стабилитронами, транзисторами, которые в
корпусном или бескорпусном исполнении припаиваются к металлической
подложке (рис. 10, б).
В регуляторе на рис. 10, в, выполненном на монокристалле кремния,
вся схема размещена в этом кристалле.
Гибридные регуляторы напряжения и регуляторы на монокристалле
ни разборке, ни ремонту не подлежат.
102
Тема 5. Электростартеры
Лекция 14. Пусковое качество и системы пуска
автомобильных двигателей
Условия надежного пуска поршневых двигателей
Возможность осуществления надежного пуска двигателя зависит от
многих конструктивных и эксплуатационных факторов, к которым
относят степень сжатия, рабочий объем, число и схему расположения
цилиндров, тепловое состояние деталей двигателя, регулировочные
параметры системы зажигания (для бензиновых двигателей) и топливной
аппаратуры, низкотемпературные свойства топлива, вязкостно-
температурные характеристики моторного масла, мощность и энергоем-
кость системы пуска, наличие и эффективность вспомогательных
пусковых устройств и т.д.
Поршневые двигатели начинают работать устойчиво при относи-
тельно высокой частоте вращения коленчатого вала. Пусковое
устройство должно вращать коленчатый вал с частотой, достаточной для
начала и развития процессов образования, воспламенения и сгорания
топливовоздушной смеси, и способствовать выходу двигателя на
устойчивый режим самостоятельной работы. Характер протекания
пусковых процессов и требования к пусковой частоте вращения
коленчатого вала различны для бензиновых двигателей и дизелей.
Пусковая частота вращения коленчатого вала бензинового двигателя
должна быть достаточной для подготовки топливовоздушной смеси,
способной воспламениться от электрической искры. При пуске холодного
бензинового двигателя из-за низкой температуры топлива, стенок
впускного трубопровода и малой скорости перемещения в нем воздушно-
го потока в смесеобразовании участвуют только легкоиспаряющиеся
фракции бензина. Поэтому пусковые качества бензина оценивают по
температуре выкипания 10 % фракций. Для подготовки смеси, находя-
щейся в зоне воспламеняемости, при пуске увеличивают подачу топлива
за счет оптимальной для пуска регулировки топливной аппаратуры.
103
С уменьшением пусковой частоты вращения коленчатого вала
становится более продолжительным процесс сжатия, увеличиваются
теплопередача в холодные стенки цилиндра и пропуск газов через
неплотности в кольцах и клапанах. Давление и температура в конце
сжатия уменьшаются, что ухудшает условия воспламенения топливовоз-
душной смеси и распространения пламени. Уменьшение массы
топливовоздушной смеси из-за отсутствия дозарядки цилиндров за счет
инерции воздушного потока при запаздывании закрытия впускного
клапана снижает количество выделяемой при сгорании теплоты и
индикаторную мощность, развиваемую двигателем при пуске.
Ухудшение условий смесеобразования при пуске приводит к
необходимости увеличения энергии электрической искры. Для пусковых
режимов подбирается наивыгоднейший угол опережения зажигания.
В дизелях топливовоздушная смесь образуется непосредственно в
цилиндрах после подачи топлива форсункой. Воспламенение топливовоз-
душной смеси происходит под действием высокой температуры среды
в камере сгорания. Вследствие малой продолжительности процесса
смесеобразования и отсутствия принудительного зажигания топливовоз-
душной смеси пуск дизелей осуществить сложнее.
Пуск дизелей улучшается с увеличением цетанового числа топлива,
по которому оценивают его способность к воспламенению. При низких
температурах большую роль играет испаряемость дизельного топлива.
Пусковые свойства дизельного топлива оценивают по температуре
выкипания 50 % фракций или по количеству фракций, выкипающих до
температуры 300 °C.
Температура в цилиндре в момент подачи топлива должна превышать
температуру самовоспламенения топлива, чтобы время задержки
воспламенения было меньше времени, отводимого при пуске на
образование топливовоздушной смеси и развитие предпламенных
реакций. При пусковых частотах вращения коленчатого вала в режиме
электростартерного пуска с большой неравномерностью вращения
коленчатого вала резко увеличивается продолжительность процессов
сжатия, что вызывает соответствующий рост теплопередачи, утечек
рабочего заряда и снижение температуры и давления в цилиндрах в конце
такта сжатия.
Достаточные для воспламенения топливовоздушной смеси давление
и температура в цилиндрах дизелей достигаются благодаря большей, чем
у бензиновых двигателей, степени сжатия и увеличению частоты
вращения коленчатого вала пусковым устройством.
Надежность пуска дизеля можно повысить за счет правильного
подбора диаметров и числа сопловых отверстий в распылителе форсунки,
104
Рис. 1. Зависимости момента сопротивления Мс
от частоты вращения коленчатого вала при пуске
бензинового двигателя 3M3-53:
-----с применением масла M-63/10-Tj;-----
масла М-8-Bn
правильной ориентации распы-
лителя в камере сгорания, уве-
личения давления впрыскива-
ния и количества подаваемого
топлива, а также подбора наи-
выгоднейшего для пуска угла
опережения подачи топлива.
При пуске двигателя пуско-
вое устройство преодолевает
сопротивление вращению
коленчатого вала. Момент
сопротивления Мс складывает-
ся в основном из момента сил
трения в кинематических парах
двигателя и момента газовых
сил, обусловленного разностью
работ сжатия и расширения в
цилиндрах двигателя. Момент
сопротивления зависит от тем-
пературы Т, средней частоты п
вращения коленчатого вала и
неравномерности вращения,
числа, схемы расположения и
рабочего объема цилиндров, а
также от размеров трущихся
поверхностей двигателя (рис. 1).
Пусковые качества автомобильных двигателей оценивают по
минимальной пусковой частоте вращения коленчатого вала и среднему
давлению трения рт.
Минимальная пусковая частота вращения - это наименьшая частота
вращения коленчатого вала, при которой пуск двигателя в заданных
условиях происходит за две попытки старта продолжительностью по 10 с
для бензиновых двигателей и по 15 с для дизелей с перерывами между
попытками 1 мин.
Минимальные значения пусковой частоты вращения коленчатого вала
определяются по зависимостям времени пуска /п от средней частоты
вращения п коленчатого вала (рис. 2). Требуемые пусковые частоты
вращения коленчатого вала для автомобильных бензиновых двигателей -
40-85 мин-1, а для дизелей - 50-200 мин-1. Минимальные пусковые
частоты вращения коленчатого вала увеличиваются с понижением
температуры, ростом вязкости масла и заметно снижаются при
105
Рис. 2. Пусковые характеристики двигателей:
«-бензинового ВАЗ-2106 (масло М-6 у Ю-Г^; б-дизеля КамАЗ-741 (масло M-43/6-Bj);
1 - без средств облегчения пуска; 2 - с электрофакельным устройством
повышении числа цилиндров двигателя и использовании устройств для
облегчения пуска.
Среднее давление трения представляет собой условную величину,
характеризующую сопротивление вращению коленчатого вала двигателя,
укомплектованного всеми штатными навесными агрегатами,
рт = 12,57 МС/ГА,
где Мс - средний момент сопротивления, Нм; Vh - рабочий объем
двигателя, м3.
По минимальной пусковой частоте вращения nmin коленчатого вала
и соответствующему ей моменту сопротивления Мс определяют
требуемую пусковую мощность.
Пусковые качества двигателей на автомобилях оценивают по
предельной температуре надежного пуска и времени /под подготовки
двигателя к принятию нагрузки (табл. 1 и 2).
Предельная температура Тп надежного пуска - наиболее низкая
температура окружающей среды, при которой осуществляется надежный
пуск холодного двигателя. Под надежным пуском понимается пуск
двигателя, оборудованного всеми навесными агрегатами, на основном
топливе при использовании штатных аккумуляторных батарей, имеющих
106
Таблица 1
Предельные температуры надежного пуска холодных двигателей и время их подготовки к принятию нагрузки
Тип двигателя Предельная температура, °C Вязкость моторного масла, мм/с2 Топливо („от. “ин- не оолее
Карбюраторный Дизель с камерой в поршне Дизель с камерой в поршне и турбонаддувом при степени сжатия не ниже 15 Дизель с разделенной камерой при степени сжа- тия не ниже 21 * Пуск двигателей с применением устройств облегче Примечание. Для карбюраторных двигателей случае возможно применять различные марки летнего м +45 -20 -30 -30 -20* -25 -20* ния пуска. при предельной темпер оторного масла. 5000 5000 4000 6000 4000 6000 5000 атуре, равной 45 °C, вязкое Бензин летний Бензин зимний То же Дизельные марки 3 То же ггь не приводится, поскол 3 8 10 8 10 8 10 10 [ьку в этом
Таблица 2
Предельные температуры надежного пуска холодных двигателей с системой предпускового подогрева и время их подготовки
к принятию нагрузки
Тип автомобиля Применяемые эксплуатационные материалы гр Ор 'пою “ИН, неоолее
Моторное масло, его класс вязкости Трансмиссионное масло Топливо /П’
Общего и северного исполнения, многоцелевого назначения Зимнее, 8 Зимнее Бензин зимний, дизельное марки А -45* 36
Многоцелевого назначения Северного исполнения Маловязкое загущенное То же Арктическое мало- вязкое загущенное То же То же -50* —60 30 45
Пуск двигателя с применением устройств облегчения пуска.
Таблица 3
Минимальные пусковые частоты вращения коленчатых валов двигателей
Пуск двигателя Т °C 2П’ v «min’ мин ПРИ числе цилиндров
4 6 8 и более
Бензиновые двигс гтели
Холодного:
без применения устройств облегчения пуска -20 70 60 50
с применением устройств облегчения пуска -30 65 55 45
После предпускового подогрева -45-60 60 50 40
Дизели
Холодного без применения устройства облегче- ния пуска:
с камерой в поршне при степени сжатия -12 125 100 90
16-17 с камерой в поршне и турбонаддувом при степени сжатия не ниже 5 -10 125 100 90
Холодного с применением устройства облегче- ния пуска:
с камерой в поршне при степени сжатия 16-17 -30 90 60* 50
с камерой в поршне и турбонаддувом при степени сжатия не ниже 15 -25 90 60 50
с разделительными камерами при степени сжатия не ниже 21 -20 90 — —
После предпускового подогрева:
с камерой в поршне при степени сжатия 16-17 и с турбонаддувом при степени сжа- тия не ниже 15 -45 70 60 50
с разделительными камерами при степени сжатия не ниже 21 -60 75
75 %-ную степень заряженности, не более чем за три попытки пуска
холодного двигателя и не более чем за две попытки пуска горячего
двигателя или после предпускового его подогрева.
Холодный двигатель - двигатель, у которого температура деталей,
охлаждающей жидкости, масла и топлива, отличается от температуры
окружающей среды не более чем на 1 °C.
108
Горячий двигатель - двигатель, остановленный после работы, при
температуре окружающей среды до 45 °C и температуре деталей
двигателя, охлаждающей жидкости и масла не ниже рабочей.
Время подготовки двигателя к принятию нагрузки - это время,
затраченное на приведение в действие и работу устройства для
облегчения пуска холодного двигателя или системы предпускового
подогрева, на пуск двигателя и его работу в режиме холостого хода до
состояния, обеспечивающего принятие нагрузки. При использовании
предпускового подогревателя время подогрева электролита аккумулятор-
ной батареи до температуры не ниже -35 °C не учитывается.
Требования к минимальным пусковым частотам вращения коленча-
тых валов автомобильных двигателей приведены в табл. 3. Эти
требования могут не регламентироваться при выполнении требований
табл. 1.
Системы электростартерного пуска
На тип системы пуска влияют энергия и конструкция основного
пускового устройства - стартера. Для пуска автомобильных двигателей
используют системы электростартерного пуска (рис. 3). Они надежны
в работе, обеспечивают дистанционное управление и возможность
автоматизации процесса пуска двигателей с помощью электротехничес-
ких устройств.
Схемы систем электростартерного пуска отличаются между собой
незначительно. В системах управления электростартером предусмотрены
электромагнитные тяговые реле, дополнительные реле, реле блокировки,
Рис. 3. Схема системы пуска
109
Рис. 4. Схема управления электростартера:
1 - контактные болты; 2 - подвижная контактная
пластина; 3, 4 - соответственно втягивающая и
удерживающая обмотки тягового реле; 5 - якорь
тягового реле; 6 - шток; 7 - рычаг механизма
привода; 8- поводковая муфта; 9- муфта свободно-
го хода; 10 — шестерня привода; 11 - зубчатый венец
маховика; 12 - электростартер
обеспечивающее дистанци-
онное включение, автома-
тическое отключение стар-
тера от аккумуляторной
батареи после пуска двига-
теля и предотвращение
включения стартера при
работающем двигателе.
Источником энергии в
системах электростартер-
ного пуска является стар-
терная свинцовая аккумуля-
торная батарея - химичес-
кий источник тока. Поэто-
му в электростартерах ис-
пользуют электродвигате-
ли постоянного тока. Ха-
рактеристики стартерного
электропривода с электро-
двигателями постоянного
тока последовательного
или смешанного возбужде-
ния хорошо согласуются со сложным характером нагрузки, создаваемой
поршневым двигателем при пуске.
Питание стартерного электродвигателя осуществляется от аккумуля-
торной батареи через замкнутые контакты (рис. 4) тягового электромаг-
нитного реле. При замыкании контактов выключателя S приборов и
стартера, дополнительного реле и реле блокировки втягивающая 3 и
удерживающая 4 обмотки тягового реле подключаются к аккумулятор-
ной батарее. Якорь 5 тягового реле притягивается к магнитопроводу
электромагнита и с помощью штока 6 и рычага 7 механизма привода
вводит шестерню 10 в зацепление с зубчатым венцом 11 маховика
двигателя.
В конце хода якоря 5 контактная пластина 2 замыкает силовые
контактные болты 1 и стартерный электродвигатель приводит во
вращение коленчатый вал двигателя.
После пуска двигателя муфта 9 свободного хода предотвращает
передачу вращающего момента от маховика к валу якоря электродвигате-
ля. Шестерня привода из зацепления с венцом маховика не выходит до
тех пор, пока замкнуты контактные болты 1. При размыкании
выключателя S втягивающая и удерживающая обмотки тягового реле
подсоединяются к аккумуляторной батарее последовательно через
ПО
силовые контактные болты 7. Так как число витков у обеих обмоток
одинаково и по ним при последовательном соединении проходит ток
одной и той же силы, обмотки при разомкнутом выключателе 5 создают
два равных, но противоположно направленных магнитных потока.
Магнитопровод электромагнита размагничивается, и возвратная
пружина перемещает якорь 5 реле в исходное нерабочее положение и
выводит шестерню из зацепления с венцом маховика. При этом
размыкаются и силовые контактные болты 7.
Недостатком систем электостартерного пуска с дистанционным
управлением являются большое число элементов и необходимость
применения сложных конструкций стартеров. Однако их использование
позволяет уменьшить длину силовых электроцепей стартерного
электродвигателя и тягового реле, продолжительность пуска, расход
энергии на пуск и тем самым увеличить срок службы аккумуляторной
батареи и стартера.
Требования к элекростартерам
Аккумуляторная батарея - автономный источник электроэнергии
ограниченной мощности. Вследствие внутреннего падения напряжения
в аккумуляторной батарее напряжение на выводах электростартера не
остается постоянным, а уменьшается с увеличением нагрузки и силы
потребляемого тока.
Сила тока электростартеров может составлять несколько сот и даже
тысяч ампер. При такой силе тока на характеристики стартерного
электродвигателя большое влияние оказывает падение напряжения в
стартерной сети, т.е. в стартерном проводе и "массе".
Характеристики стартерных электродвигателей зависят от емкости
и технического состояния аккумуляторной батареи. Семейству
вольтамперных характеристик аккумуляторной батареи соответствует
семейство рабочих и механических характеристик стартерного
электродвигателя.
Для электропривода стартерного ДВС характерна значительная
неравномерность нагрузки, обусловленная резким изменением момента
сопротивления от сил давления газов в цилиндрах и сложной кинемати-
кой кривошипно-шатунного механизма. При переменной нагрузке
снижаются мощность и КПД системы пуска, что необходимо учитывать
при выборе мощности стартерного электродвигателя и емкости
аккумуляторной батареи.
Режим работы электростартеров кратковременный, длительностью
10 с — для стартеров бензиновых двигателей и до 15 с - для стартеров
дизелей.
111
Длительное время по отношению к периоду прокручивания
коленчатого вала двигателя стартер может работать в режимах полного
торможения и холостого хода. Якорь стартера без повреждений должен
в течение 20 с выдерживать нагрузки, возникающие при его частоте
вращения, на 20 % превышающей его частоту вращения в режиме
холостого хода.
Якорь стартера должен надежно подключаться через механизм
привода к коленчатому валу при пуске двигателя и автоматически
отключаться от него после пуска. Конструкция стартера и зубчатая
передача должны обеспечивать ввод шестерни в зацепление и передачу
коленчатому валу двигателя вращающего момента. Шестерня привода
стартера не должна самопроизвольно входить в зацепление с венцом
маховика. Муфта свободного хода привода должна защищать якорь от
механических повреждений.
Таговое реле стартера должно обеспечивать ввод шестерни в
зацепление и включение стартера при снижении напряжения до 9 и 18 В
при номинальных напряжениях ^соответственно 12 и 24 В, температуре
окружающей среды (20±5) °C. Контакты тягового реле должны
оставаться замкнутыми при снижении напряжения на выводах стартера
до 5,4 и 10,8 В при номинальных напряжениях соответственно 12 и 24 В.
Автомобильные электростартеры имеют степень защиты не ниже
1РХ4 (по ГОСТ 14254-96) кроме полости механизма привода.
Допускается не более трех пусковых циклов подрядце перерывами
между ними не менее 30 с. После охлаждения стартера до температуры
окружающей среды допускается еще один пусковой цикл.
Нагрузка стартера по мощности не должна превышать его номиналь-
ную мощность. Повышение температуры стартера во время пусковых
циклов не должно приводить к изменениям, отрицательно влияющим
на его работоспособность.
Рациональному использованию аккумуляторной батареи, имеющей
в системе пуска относительно большую массу и в наибольшей степени
подверженной влиянию эксплуатационных факторов, способствует
правильное согласование характеристик элементов системы пуска и
обоснованный выбор ее схемы и параметров, при которых расходуется
минимальная энергия источника тока.
Для уменьшения длины стартерных проводов, габаритных размеров
и массы стартера и аккумуляторной батареи, а также для удобства их
установки и технического обслуживания важно предусмотреть рацио-
нальное размещение элементов системы пуска двигателя на автомобиле.
Параметром, определяющим рациональное согласование мощностной
характеристики пускового устройства с пусковыми характеристиками
112
двигателя, является передаточное число привода. При изменении
передаточного числа редуктора привода меняется наклон механической
характеристики стартерного электродвигателя, приведенной к частоте
вращения коленчатого вала двигателя. С повышением передаточного
числа приведенный вращающий момент увеличивается, а приведенная
частота вращения вала уменьшается. Максимальное значение мощности
электростартера смещается в сторону меньшей частоты вращения
коленчатого вала. Для каждого типа двигателя и заданных условий пуска
существуют наивыгоднейшие передаточные числа, при которых
наилучшим образом используются мощностные характеристики
стартерного электродвигателя.
Автомобильные электростартеры должны обеспечивать номинальные
параметры при нормальных климатических условиях: температуре
окружающей среды (25±10) °C; относительной влажности 45-80 %;
давлении 84-106 кПа.
Лекция 15. Устройство электростартеров
Автомобильные электростартеры отличаются по способу управления
и возбуждения, типу механизма привода, способу крепления на двигателе
и степени защиты от проникновения посторонних тел и воды.
По типу и принципу работы приводных механизмов выделяют
стартеры с электромеханическим перемещением шестерни привода,
которые получили наибольшее распространение, и стартеры с инерцион-
ным и комбинированным приводами. Для предотвращения разноса якоря
после пуска двигателя в автомобильные электростартеры устанавливают
роликовые, храповичные и храповично-фрикционные муфты свободного
хода.
Стартер (рис. 1) состоит из электродвигателя постоянного тока с
последовательным или смешанным возбуждением, электромагнитного
тягового реле и механизма привода. В стартер может быть встроен
дополнительный редуктор.
Корпус. Полюсы. Обмотка возбуждения
Корпус (рис. 2) электростартеров изготовляют из трубы или стальной
полосы (сталь 10) с последующей сваркой стыка.
С целью улучшения герметизации корпус не имеет окон для доступа
к щеткам. Длина корпуса в 1,6-2 раза больше длины пакета якоря.
Толщина корпуса зависит от диаметра Dj корпуса и составляет
113
7
11 12
17
> 18
п!П’’»ф1тмтнчй"1
24 23 22
14
15
16
21 20
8 9 10
13
19
Рис. 1. Электростартер СТ221 и его детали:
1 - шестерня привода; 2 - муфта свободного хода; 3 - ведущая обойма муфты свободного
хода; 4 - буферная пружина; 5 - рычаг включения привода; 6 - крышка со стороны
привода; 7 - возвратная пружина; 8 - корпус тягового реле; 9 - обмотка тягового реле;
10 - магнитопровод тягового реле; 11 - подвижная контактная пластина; 12 - неподвижный
контакт; 13 - контактные болты; 14 - щеточная пружина; 15 - щеткодержатель; 16 -
коллектор; 17 - крышка со стороны коллектора; 18- вал якоря с винтовыми шлицами;
19 - щетка; 20 - катушка обмотки возбуждения; 21 - полюс; 22 - корпус стартера; 23 -
полюсный винт; 24- якорь электродвигателя; 25 - упорное кольцо; 26 - регулировочная
шайба; 27- резиновые заглушки; 28 - тяговое реле; 29, 30 - соответственно последователь-
ная и параллельная обмотки возбуждения; 31 - защитная лента; 32 - тормозной диск; 33 -
стяжная шпилька; 34 - ограничитель хода шестерни
114
A
8 9 Ю 11
Рис. 2. Корпус стартера СТ142-Б в сборе:
1 - катушка; 2 - корпус; 3 - винт полюса; 4 - изоляционная в гулка; 5, 6 - соответственно
уплотнительная и изоляционная шайбы, 7- шайба; 8-выводной болт; 9-гайка Ml2; 10-
пружинная шайба; 11 - изоляционный материал; 12 - полюс
(0,05-0,08)7^-. В корпусе 2 предусмотрено отверстие для выводного болта
8 обмотки возбуждения. Корпус может иметь установочные прорези на
торцах и конусообразные проточки для монтажа уплотнительных колец.
К корпусу 2 винтами 3 крепят полюсы 12 с катушками / обмотки
возбуждения. Все автомобильные стартеры выполняют четырехполюсны-
ми. Катушки последовательных и параллельных обмоток возбуждения
Рис. 3. Полюс стартера СТ142-Б
115
Рис. 4. Катушка обмотки возбуждения стартера
СТ142-Б:
7 - изоляционный материал между витками;
2-батистовая лента; 3-провод марки ПММ;
4 - прокладка
устанавливают на отдельных полюсах, поэтому число катушек равно
числу полюсов.
Горячекатаные или штампованные полюсы (рис. 3) стартера состоят
из магнитопровода, полюсных наконечников и изготовляются из
профильной стали 10.
Катушки (рис. 4) последовательной обмотки имеют небольшое число
витков неизолированного медного провода 3 прямоугольного сечения
марки ПММ. Между витками катушки прокладывают электроизоляцион-
ный картон толщиной 0,2-0,4 мм. Катушки параллельной обмотки
возбуждения наматывают изолированным круглым проводом марок
ПЭВ-2 и ПЭТВ. Снаружи катушки изолируют лентой из изоляционного
материала (хлопчатобумажная тафтяная лента, батистовая лента Б-13).
Внешняя изоляция после пропитывания лаком и просушивания имеет
толщину 1-1,5 мм. Перспективно применение полимерных материалов
для изоляции катушек, с помощью которых можно получить равномер-
ные по толщине, стойкие к воздействию агрессивной среды и повышен-
ной температуре покрытия.
Якорь
Якорь (рис. 5) стартера представляет собой шихтованный магнито-
провод, в пазы которого укладываются секции обмотки. В шихтованном
магнитопроводе потери на вихревые токи меньше. Пакет якоря
напрессован на вал 4, вращающийся в двух или трех опорах с бронзогра-
фитовыми подшипниками или подшипниками из порошкового
материала.
116
Рис. 5. Якорь стартера СТ142-Б:
а - в сборе; б - схема обмотки; в - конструкция паза; 1 - коллектор; 2 - проволока М-06
бандажа якоря; 3 - изоляционный материал; 4 - вал; 5 - крепежная скоба бандажа; 6 -
прокладка под бандаж; 7 - изоляционный материал паза; 8 - провод марки ПММ
Пакет якоря набирают из стальных пластин (сталь 0,8кп или 10)
толщиной 1-1,2 мм (рис. 6). Крайние пластины пакета из электроизоляци-
онного картона ЭВ толщиной 2,5 мм
предохраняют от повреждения изоля-
ционный материал лобовых частей
обмотки якоря.
В стартерных электродвигателях
применяют простые волновые
обмотки с одно- и двухвитковыми
секциями (см. рис. 5, б). Одновитко-
вые секции выполняют из неизолиро-
ванного прямоугольного провода
марки ПММ. Обмотки с двухвитко-
выми секциями наматывают круглы-
ми изолированными проводами
ПЭВ-2 и ПЭТВ.
Полузакрытые (или закрытые)
пазы якорей могут иметь овальную
(рис. 7, а) или грушевидную форму
(рис. 7, б). При прямоугольной форме
Рис. 6. Стальная пластина якоря
117
Рис. 7. Форма и размеры полузакрытых пазов со скруглениями
пазов обеспечивается лучшее его заполнение прямоугольным проводом.
В этом случае проводники в пазы укладывают в два слоя и изолируют
друг от друга и от пакета якоря гильзами S-образной формы из
электрокартона толщиной 0,2-0,4 мм или полимерной пленки. Пазы
грушевидной формы с постоянным или переменным сечением зубца
применяют в стартерах малой мощности с двухвитковыми секциями.
Концы секций обмотки якоря укладывают в прорези петушков
коллекторных пластин. Конец одной секции и начало следующей по ходу
обмотки присоединяют к одной коллекторной пластине.
На лобовые части обмотки якоря накладывают бандажи, состоящие
из нескольких витков проволоки, хлопчатобумажного шнура или
стекловолокнистого материала, намотанных на прокладку из электроизо-
ляционного картона. Бандаж из стекловолокна менее дорогостоящий:
для него можно не применять крепежные скобы. Бандаж может быть
изготовлен в виде алюминиевого кольца с изоляционной кольцевой
прокладкой из гетинакса и текстолита. Лобовые части секций изолируют
друг от друга электроизоляционным картоном.
Коллекторы. Щетки. Щеткодержатели
В электростартерах применяют сборные цилиндрические коллекторы
на металлической втулке, а также цилиндрические и торцовые коллекто-
ры с пластмассовым корпусом.
Сборные цилиндрические коллекторы (рис. 8, а), устанавливаемые
на стартерах большой мощности, составляют из медных пластин и
изолирующих прокладок из миканита, слюдинита или слюдопласта.
Пластины в коллекторе закрепляются с помощью металлических
118
Рис. 8. Коллекторы электростартеров:
а - цилиндрический на металлической
втулке (для стартера СТ142); б - цилиндри-
ческий с пластмассовым корпусом (для
стартера СТ 142); в - торцовый (для старте-
ра 29.3708); 1 - металлическая втулка; 2 -
нажимное кольцо; 3 - изоляционный
материал втулки; 4- изоляционный конус;
5 - гайка; 6 - пластмассовый корпус; 7 -
армировочное кольцо
нажимных колец 2 и изоляционных конусов 4 по боковым опорным
поверхностям. От металлической втулки 7, которую напрессовывают на
вал якоря, медные пластины изолируют миканитовой цилиндрической
втулкой.
Рабочая поверхность коллектора должна иметь цилиндрическую
форму. Монолитность конструкции и биение рабочей поверхности
сборных цилиндрических коллекторов зависят от точности изготовления
сопрягаемых деталей. Вследствие податливости изоляционных прокладок
между пластинами первоначальная форма сборного цилиндрического
коллектора в процессе эксплуатации может измениться, что приводит
к усилению искрения под щетками.
В цилиндрических коллекторах с пластмассовым корпусом (рис. 8, б)
формирующим элементом является пластмасса.
Пластмассовый корпус плотно охватывает сопрягаемые поверхности
независимо от конфигурации и точности изготовления коллекторных
пластин, изолирует коллекторные пластины от вала и воспринимает
нагрузки. В качестве пресс-материала чаще всего используется пластмас-
са АГ-4С. Для повышения прочности коллектора применяют армировоч-
119
Рис. 9. Щеточно-коллекторные узлы стартеров:
а - СТ230-Б с цилиндрическим коллектором; б - 29.3708 с торцовым коллектором; 7 -
стяжной болт; 2 - коллектор; 3 - канатик щетки; 4- щетка; 5 - щеткодержатель; 6 - крышка
со стороны коллектора; 7- винт крепления канатика щетки; 8 - защитный кожух; 9 - вал
якоря; 10 — пружина
ные кольца из металла и пресс-материала. При небольших размерах
коллектор может быть изготовлен из цельной цилиндрической заготовки,
разрезаемой после опрессовки пластмассой на отдельные ламели.
Торцовые коллекторы (рис. 8, в) по сравнению с цилиндрическими
имеют меньшие размеры. Рабочая поверхность торцового коллектора
находится в плоскости, перпендикулярной к оси вращения якоря. При
изготовлении торцового коллектора из медной втулки формируется
пластина в виде диска с отверстием, прямоугольными пазами по числу
требуемых коллекторных пластин и кольцевыми выступами. Диск со
стороны выступов опрессовывается пластмассой. В пластмассовом
корпусе прошивают внутреннее отверстие для напрессовки коллектора
на вал. Для разделения пластин производится отсечка коллектора по
наружному диаметру.
В стартерах с цилиндрическими коллекторами (рис. 9, а) щетки 4
устанавливают в четырех коробчатых щеткодержателях 5 радиального
типа, закрепленных на крышке 6 со стороны коллектора. Необходимое
давление (30-120 кПа) на щетки обеспечивают спиральные пружины 10.
Щеткодержатели изолированных щеток отделены от крышки прокладка-
ми из текстолита или другого изоляционного материала. В стартерах
большой мощности в каждом из радиальных щеткодержателей
устанавливают по две щетки.
В электростартерах с торцовыми коллекторами (рис. 9, 6) щетки 4
размещают в пластмассовой или металлической траверсе и прижимают
к рабочей поверхности витыми цилиндрическими пружинами.
120
Щетки имеют канатики 3 и присоединяются к щеткодержателям 5 с
помощью винтов 7. Обычно щетки устанавливают по геометрической
нейтрали. На некоторых стартерах для улучшения коммутации щетки
ее смещают с геометрической нейтрали на небольшой угол против
направления вращения вала стартера.
Щетки в щеткодержателях должны перемещаться свободно, но без
значительных боковых колебаний.
В электростартерах применяют медно-графитные щетки с добавками
свинца и олова. В щетках, предназначенных для стартеров большой
мощности, и стартеров, которые эксплуатируются в тяжелых условиях,
графита содержится больше. Плотность тока у в щетках электростарте-
ров находится в пределах 40—100 А/см2. От допустимой плотности тока
зависят размеры щеток и падение напряжения под щетками Д £/щ.
Крышки. Держатель подшипника
Крышки со стороны коллектора изготовляют* методом литья из
чугуна, стали, алюминиевого или цинкового сплава, а также штампуют
из стали. Крышка может иметь форму диска или колокола. В крышках,
имеющих форму колокола, предусмотрены окна для доступа к щеткам.
Крышки со стороны привода изготовляют методом литья из
алюминиевого сплава или чугуна. Конструкция крышки зависит от
материала, из которого она изготовлена, типа механизма привода,
способа крепления стартера на двигателе и тягового реле стартера.
Установочные фланцы крышки имеют два или больше отверстий под
болты крепления стартера. Фланцевое крепление стартера к картеру
сцепления дает возможность сохранить межосевое расстояние в зубчатом
зацеплении постоянным при снятии и повторной установке стартера. В
крышке предусмотрено отверстие, которое позволяет шестерне привода
входить в зацепление с венцом маховика.
В крышках и промежуточной опоре устанавливают подшипники
скольжения. Промежуточную опору предусматривают в стартерах с
диаметром корпуса 115 мм и более. Подшипники смазывают в процессе
производства и при необходимости во время технического обслуживания
в эксплуатации. В стартерах большой мощности бобышки подшипников
имеют масленки с резервуарами для смазочного материала и смазочными
фильцами.
121
Рис. 10. Электростартер 29.3708 с одной опорой в крышке со стороны коллектора:
1 - вал якоря; 2 - замковое кольцо; 3 - упорное кольцо; 4 - шестерня привода; 5 - рычаг
привода; 6 - тяговое реле; 7- уплотнительная заглушка; 8 - катушка обмотки возбуждения;
9 - якорь тягового реле; 10 - корпус тягового реле; 11, 12- соответственно удерживающая
и втягивающая обмотки; 13 - магнитопровод тягового реле; 14- подвижный контакт; 15-
крышка тягового реле; 16 - контактные болты; 17- бандаж лобовой части обмотки якоря;
18 - обмотка якоря; 19 - защитный кожух; 20 - щетка; 21 - вкладыш подшипника; 22 -
торцовый коллектор; 23 - крышка со стороны коллектора; 24 - якорь электродвигателя;
25 - корпус; 26 - поводковая муфта; 27 - крышка со стороны привода; 28 - роликовая
муфта свободного хода
На автомобилях ВАЗ моделей 2108 и 2109 установлен стартер 29.3708,
имеющий только одну опору в крышке 23 со стороны коллектора (см.
рис. 10). Вторая опора со стороны привода предусмотрена в картере
маховика двигателя.
Тяговые электромагнитные реле
Управляемые дистанционно-тяговые реле обеспечивают ввод
шестерни в зацеплении с венцом маховика и подключают стартерный
электродвигатель к аккумуляторной батарее. Они отличаются между
собой по способу крепления на стартере, числу обмоток, конструкции
контактного устройства и форме стопа электромагнита.
122
Рис. 11. Тяговое реле стартера СТ142-Б с неразделенной контактной системой:
1, 20 - резиновые уплотнительные шайбы; 2 - крышка реле (полиамид ПА 66-КС); 3 -
резиновое уплотнительное кольцо; 4 - контактный диск (ЦМТ 4x60, ГОСТ 434-78 ); 5 -
изоляционная втулка (полиамид ПА 66-КС); 6 - чашка (лента из стали 08кп); 7- пружина
(проволока диаметром 1,3±0,03 мм); 8 - корпус реле; 9 - пружина (проволока диаметром
16±0,03 мм); 10 - резиновый сильфон; 11 - якорь реле (сталь 10 ГОСТ 1050-88); 12 - каркас
катушки; 13, 14 - соответственно удерживающая и втягивающая обмотки; 15 - стальной
шток; 16 - магнитопровод реле (сталь 10, ГОСТ 1050-88); 17 - изоляционная шайба
(полиамид ПА 66-КС); 18- шайба; /9- скоба (лента из стали 08кп); 21 - контактный болт
(проволока МТ)
На большинстве стартеров тяговое реле располагают на приливе
крышки 27 (см. рис. 10) со стороны привода. С фланцем прилива крышки
реле соединяют непосредственно или через дополнительные крепежные
элементы.
Реле может иметь одну или две обмотки, намотанные на латунную
втулку, в которой свободно перемещается стальной якорь 11 (рис. 11),
воздействующий на шток 15 с подвижным контактным диском 4. Два
неподвижных контакта в виде контактных болтов 21 закрепляют в
пластмассовой крышке 2.
В двухобмоточном реле удерживающая обмотка 73, рассчитанная
только на удержание якоря 77 реле в притянутом к магнитопроводу 16
состоянии, имеет провод меньшего сечения и прямой выход на массу.
Втягивающая обмотка 14 подключена параллельно контактам реле. При
включении реле она действует согласованно с удерживающей обмоткой
123
Рис. 12. Тяговое реле стартера 29.3708 с разделенной контактной системой:
1 - шток; 2, 3- соответственно втягивающая и удерживающая обмотки; 4 - втулка; 5 -
каркас катушки; 6 - магнитопровод реле; 7,12 - пружины; 8 - контактный болт; 9 - крышка
реле; 10 - контактная пластина; 11 - корпус реле; 13 - якорь реле; 14 - винт
и создает необходимую силу притяжения, когда зазор между якорем 11
и магнитопроводом 16 максимален. Во время работы стартерного
электродвигателя замкнутые контакты тягового реле шунтируют
втягивающую обмотку и выключают ее из работы.
По конструкции контактные системы могут быть разделенные или
неразделенные. В неразделенной контактной системе подвижный контакт
имеет пружину 7. Перемещение подвижного контактного диска в
исходное нерабочее положение обеспечивает возвратная пружина 9.
В разделенной контактной системе (рис. 12) подвижная контактная
пластина 10 жестко не связана с якорем 13 реле. Контактную пластину
круглой, фасонной или прямоугольной формы устанавливают между
изоляционной втулкой и шайбой на штоке. Это обеспечивает надежное
соединение контактов реле при возможном перекашивании и перемеще-
нии пластины вдоль оси штока за счет сжатия пружин контактной
системы.
Тяговое реле через рычаг связано с механизмом привода, расположен-
ным на шлицевой части вала. Рычаг воздействует на привод через
поводковую муфту. Его отливают из полимерного материала, или он
может быть составным (из двух штампованных стальных частей, которые
соединяются клепкой или сваркой).
124
Механизмы привода
Наибольшее распространение в электростартерах получили
бесшумные в работе и технологичные роликовые муфты свободного
хода, посредством которых даже при их небольших размерах передаются
значительные вращающие моменты. Роликовые муфты малочувствитель-
ны к загрязнению, им не требуются частые технические обслуживания
и регулировки.
При включении стартерного электродвигателя наружная ведущая
обойма 12 (рис. 13) муфты свободного хода вместе с якорем поворачива-
ется относительно еще неподвижной ведомой обоймы 77. Ролики под
действием прижимных пружин и сил трения между обоймами и роликами
перемещаются в узкую часть клиновидного пространства, и муфта
заклинивается. Вращение от вала якоря ведущей обойме 12 муфты
передается шлицевой втулкой 10. После пуска двигателя частота
вращения ведомой обоймы 17 с шестерней превышает частоту вращения
ведущей обоймы 12. Ролики переходят в широкую часть клиновидного
пространства между обоймами, поэтому вращение от венца маховика
к якорю стартера не передается (муфта проскальзывает).
Для обеспечения надежного заклинивания муфты свободного хода
применяют индивидуальные и групповые прижимные устройства для
роликов. К индивидуальным относятся прижимные устройства с
пружинами 7, осуществляющими нажатие на ролики непосредственно
через индивидуальные плунжеры или толкатели 2 Г-образной формы.
В муфтах свободного хода с групповыми прижимными устройствами
число прижимных пружин меньше числа роликов, а заклинивание
роликов между обоймами происходит с помощью сепараторов.
Заклинивание роликов в муфтах свободного хода с бесплунжерными
прижимными устройствами происходит за счет перемещения толкателей
или сепаратора с пазами, в которых размещены ролики. В муфтах с
индивидуальными прижимными устройствами витые цилиндрические
пружины 7 одним концом упираются в выступы толкателей 2, а другим
- в отогнутые лепестки держателя 13 пружин, соединенного с ведущей
обоймой 72.
Конструкция сепараторного прижимного устройства сложнее. Однако
оно позволяет увеличить число роликов, способствует равномерному
распределению нагрузки на ролики и обеспечивает способность муфты
свободного хода воспринимать большие нагрузки. Благодаря отсутствию
отверстий под плунжеры в бесплунжерных муфтах свободного хода
повышается прочность обоймы.
125
32 1 18 17
Рис. 13. Приводные механизмы с роликовыми муфтами свободного хода стартеров:
а, б- СТ230-Б; в - 29.3708; 1 - прижимная пружина; 2 - толкатель; 3 - ролик; 4 - замковое
кольцо; 5 - опорная чашка; 6- пружина; 7, 8- поводковые муфты; 9- буферная пружина;
10 - шлицевая втулка; 11 - центрирующее кольцо; 72 - наружная ведущая обойма; 13 -
держатель пружин; 14 - специальная шайба; 15 - войлочный уплотнитель; 16 - кожух
муфты; 77-ведомая обойма с шестерней; 18- втулки
126
Механизм привода
стартера с храповичной
муфтой (рис. 14) свобод-
ного хода обеспечивает
более полное разъедине-
ние вала электродвига-
теля и коленчатого вала
двигателя при зна-
чительно меньших на-
грузках на силовые эле-
менты муфты.
При подключении
обмотки тягового реле к
источнику питания его
якорь через рычаг при-
вода и корпус 11 муфты
перемещает направляю-
щую втулку 12 вместе с
храповиками 6 и 8 по
шлицам вала и вводит
шестерню 2 в зацепление
с венцом маховика до
упора в шайбу на валу
Рис. 14. Механизм привода с храповичной муфтой
свободного хода:
1 - вкладыш; 2 - шестерня; 3 - сегмент (сухарик); 4 -
направляющий штифт; 5 - замковое кольцо; 6, 8 -
соответственно ведомый и ведущий храповик; 7 -
коническая втулка; 9 и 13 - шайбы; 10 - пружина; 11 -
корпус муфты; 12 - шлицевая направляющая втулка; 14 -
буферное резиновое кольцо
якоря. В конце хода шестерни замыкаются силовые контакты тягового
реле, вал якоря приводится во вращение, и вращающий момент через
шлицевую втулку 72, ведущий 8 и ведомый 6 храповики передается
шестерне 2 и далее венцу маховика. При передаче вращающего момента
в винтовых шлицах втулки 72 и ведущего храповика 8 возникает осевое
усилие, которое воспринимается буферным резиновым кольцом 14.
Если шестерня привода упирается в венец маховика, сжимается
пружина 10 и ведущий храповик 8, перемещаясь по винтовым шлицам
втулки 72, торцовыми зубьями поворачивает ведомый храповик и
шестерню на угол, при котором шестерня вводится в зацепление и
контакты тягового реле замыкаются.
После пуска двигателя частота вращения шестерни и ведомого
храповика становится больше частоты вращения вала якоря и направля-
ющей втулки 72. Поэтому ведущий храповик перемещается по винтовым
шлицам втулки, отходит от ведомого храповика, и шестерня привода
вращается вхолостую. Коническая втулка 7 отодвигается вместе с
ведущим храповиком и "освобождает” текстолитовые сегменты,
127
соединенные с быстровращающимся ведомым храповиком 6 направляю-
щими штифтами. Под действием центробежных сил сегменты перемеща-
ются в радиальном направлении вдоль штифтов и блокируют муфту в
незаклиненном состоянии, предохраняя зубья храповиков от поврежде-
ния и изнашивания. В этом состоянии храповичный механизм будет
находиться до тех пор, пока осевая составляющая от центробежных сил,
действующих на сухарики, превышает усилие пружины.
Шестерня привода выходит из зацепления с венцом маховика только
после выключения тягового реле стартера. Во время отдельных вспышек
в цилиндрах шестерня остается в зацеплении, что позволяет стартеру
вращать коленчатый вал до тех пор, пока двигатель не сможет работать
самостоятельно.
Преимуществами храповичной муфты свободного хода по сравнению
с роликовыми муфтами являются высокая прочность, ремонтопригод-
ность и возможность передачи большого вращающего момента при
сравнительно небольших габаритных размерах.
Лекция 16. Конструкции электростартеров
Установка стартеров на двигателях.
Защита от посторонних тел и воды
Обычно стартер располагают сбоку картера двигателя, при этом
крышка со стороны привода обращена в сторону маховика и входит в
отверстие картера сцепления.
Стартеры мощностью более 4,4 кВт с диаметром корпуса 130-180 мм
устанавливают в углублениях специальных приливов двигателя. Корпус
стартера прижат стальными лентами или литыми скобами к посадочной
поверхности прилива двигателя. От поворота стартер фиксируют
шпонками или штифтами. Шестерня механизма привода стартера может
быть установлена между опорами под крышкой или консольно за ее
пределами.
Конструкция стартера предусматривает защиту от воздействия влаги,
масла, грязи. Причем стартеры большегрузных автомобилей защищены
лучше. Герметизация обеспечивается установкой в местах разъема
резиновых колец, применением пластмассовых втулок и уплотнительных
прокладок из мягких пластических материалов. Герметизация стартера
в местах вывода обмоток тягового реле и стартера обеспечивается
установкой резиновых шайб. Попадание в стартер и тяговое реле грязи,
128
9
8
7
6
5
4
3
2
1
15 16 1718 19 20
Рис. 1. Электростартер СТ142 с храповичной муфтой свободного хода:
1 - болт траверсы; 2 - пружина щеткодержателя; 3 - металлическая втулка коллектора;
4 - нажимное металлическое кольцо; 5 - изоляционный конус коллектора; 6 - войлочный
фильц; 7 - радиальный щеткодержатель; 8 - траверса; 9 - болт крепления коллекторной
крышки; 10 - коллекторная крышка; 11 - щетка; 12, 17- резиновые уплотнительные кольца;
13 - корпус; 14 - полюс; 15 - шток тягового реле; 16- тяговое реле; 18 - якорь тягового
реле; 19- сильфон; 20- крышка со стороны привода; 21 - рычаг включения привода; 22 -
шестерня привода; 23 - упорная шайба; 24 - вкладыш подшипника; 25 - храповичная муфта
свободного хода; 26 - промежуточная опора; 27- манжеты; 28 - болт крепления крышки
со стороны привода; 29 - вкладыш промежуточного подшипника; 30 - якорь электродвига-
теля; 31 - коллектор
влаги и других посторонних тел исключается благодаря установке
резинового сильфона 19 (рис. 1) и резиновой армированной манжеты 27
в промежуточной опоре 26. Герметизирующий сильфон 19 не должен
препятствовать регулированию механизма привода.
Стартеры для большегрузных автомобилей
Электростартер 25.3708 (рис. 2) снабжен храповичной муфтой
свободного хода. Тяговое реле 5 закреплено на корпусе 4. Якорь
вращается в трех опорах. Цилиндрический коллектор 2 собран на
металлической втулке. В каждом радиальном коробчатом щеткодержате-
ле 3 установлены две щетки 75.
Электростартер 16.3708 (рис. 3) с номинальным напряжением 24 В и
номинальной мощностью 12 кВт имеет фрикционно-храповичный привод
16. Шестерня 19 привода расположена консольно за пределами крышки
5 — 6222
129
Рис. 2. Электростартер 25.3708:
1 - крышка со стороны коллектора; 2 - коллектор; 3 - щеткодержатель; 4 - корпус; 5 -
тяговое реле; 6 - якорь электродвигателя; 7 - якорь тягового реле; 8 - рычаг включения
привода; 9- крышка со стороны привода; 10- шестерня привода; 11 - муфта свободного
хода (храповичная); 12 - промежуточная опора; 13 - катушка возбуждения; 14- полюс;
15 - щетки
Рис. 3. Электростартер 16.3708 с фрикционно-храповичной муфтой свободного хода:
1 - крышка; 2 - коллектор; 3 - щетки; 4 - полюс; 5 - крышка тягового реле; 6 - контактный
диск; 7 - магнитопровод электромагнита; 8 - втягивающая обмотка реле; 9 - удерживаю-
щая обмотка; 10- корпус тягового реле; 11 - якорь тягового реле; 12 - шток якоря реле;
13 - возвратная пружина; 14 - рычаг включения привода; 15 - крышка со стороны привода;
16 - фрикционно-храповичный привод; 17 - подшипники; 18 - вал; 19 - шестерня; 20 -
корпус; 21 - якорь электродвигателя; 22 - катушка обмотки возбуждения
130
15 со стороны привода. В подшипнике качения 17 вращается втулка
шестерни 19. В подшипнике качения, установленном в крышке со
стороны коллектора, вращается вал якоря. В стартере применен сборный
цилиндрический коллектор 2. В каждом коробчатом щеткодержателе
установлены две щетки 3.
Стартер имеет смешанное возбуждение. Две катушки последователь-
ной обмотки соединены между собой последовательно, а две катушки
параллельной обмотки - параллельно. Ток к последовательной обмотке
и к якорю при включении стартера подводится от аккумуляторной
батареи через контакты выключателя стартера и втягивающую обмотку
тягового реле.
После замыкания контактов тягового реле силовые контакты
контактора КТ 130 подключают последовательную обмотку возбужде-
ния и якорь непосредственно к аккумуляторной батарее, одновременно
шунтируя втягивающую обмотку тягового реле. Параллельная обмотка
электродвигателя стартера и удерживающая обмотка тягового реле в
течение работы стартера соединены с аккумуляторной батареей через
контакты выключателя стартера.
Стартеры с дополнительными встроенными редукторами
и постоянными магнитами
Редукторы, встраиваемые в стартеры, разделяются на три основных
типа: цилиндрический с внешним зацеплением, цилиндрический с
внутренним зацеплением и планетарный. Редукторы выполняются
одноступенчатыми с прямозубыми шестернями.
Конструкция стартеров с цилиндрическими редукторами с внешним
зацеплением представлена на рис. 4. Редуктор расположен в корпусе 23.
Преимуществом цилиндрического редуктора с внешним зацеплением
является технологичность изготовления его зубчатых колес. К недостат-
кам относится увеличение высоты стартера по сравнению с высотой
стартера без редуктора из-за смещения осей стартерного электродвигате-
ля и привода на 30—50 мм. Появление радиальной нагрузки на якорь
электродвигателя требует применения подшипников качения.
В стартерах с цилиндрическими редукторами, имеющими внутреннее
зацепление, смещение осей электродвигателя и привода меньше, что
облегчает компоновку стартера на двигателе. К недостаткам можно
отнести повышенную сложность изготовления зубчатых колес,
воздействие радиальной нагрузки на вал электродвигателя.
Планетарный редуктор между приводом и валом электродвигателя
имеет внешнее зубчатое колесо, закрепленное в корпусе 9 (рис. 5)
редуктора, в котором в подшипнике вращается водило 10 с шестернями-
5*
131
Рис. 4. Конструкция стартера со встроенным цилиндрическим редуктором с внешним
зацеплением:
1, 14 - пружинные шайбы; 2 - стяжной болт; 3 - крышка со стороны коллектора; 4, 15 -
гайки; 5 - стопорная шайба; 6, 25 - подшипники; 7 - якорь в сборе; 8 - корпус в сборе; 9 -
перемычка; 10 - гайка контактного болта тягового реле; 11 - тяговое реле; 12 - шайба;
13, 22, 27, 30- уплотнительные кольца; 16 - рычаг в сборе; 17- ось рычага; 18 - шестерня
привода; 19 - упорная шайба; 20 - регулировочная шайба; 21, 26 - винты; 23 - корпус
редуктора в сборе; 24 - кольцо; 28 - регулировочная прокладка; 29 - крышка подшипника
сателлитами 11. Стартерам с планетарным редуктором свойственна
соосность осей электродвигателя и привода, что упрощает компоновку
стартера на двигателе взамен стартеров без дополнительного редуктора.
Планетарный редуктор не увеличивает радиальную нагрузку на вал
электродвигателя, что дает возможность применять для вала якоря
подшипники скольжения. Технология изготовления таких редукторов
сложнее, однако сборка их проще благодаря соосности основных узлов
стартера.
Внешнее зубчатое колесо изготовляется из пластической массы (типа
полиамид 66, иногда с добавками графита) или методом порошковой
металлургии. Сателлиты, прессованные из порошка, вращаются на осях
в подшипниках скольжения или в игольчатых подшипниках. Последние
предпочтительнее, так как обеспечивают больший КПД редуктора. Ось
сателлита одновременно является внутренней обоймой игольчатого
подшипника. Это предъявляет высокие требования к материалу и
132
точности изготовления осей. Центральное зубчатое колесо выполняется
как одно целое с валом якоря или может быть съемным. Для получения
минимальных механических потерь и обеспечения высокого срока
службы редукторов предъявляются повышенные требования к точности
изготовления зубчатых колес и других деталей редукторов. С той же
целью применяют высококачественные смазочные материалы. Переда-
точное число редуктора обычно находится в диапазоне 3-5.
Якорь стартера с редуктором имеет конструктивные особенности.
Обмотка якоря пропитана компаундом, уменьшающим вероятность его
разноса. В связи с повышенной частотой вращения якоря он обязательно
подвергается динамической балансировке. Для снижения потерь на
гистерезис и вихревые токи пакет якоря собирают из пластин тонколисто-
вой (толщина 0,5 мм) электротехнической стали.
В связи с уменьшенной металлоемкостью и повышенной удельной
мощностью стартеры с редуктором обладают большей тепловой
напряженностью по сравнению со стартерами без редуктора.
Наиболее ответственным в стартерах с редуктором является щеточно-
коллекторный узел. Плотность тока под щетками в режиме максималь-
ной мощности в 1,5-2,5 раза превышает плотность тока у обычных
стартеров. В таких условиях требуется применение специальных щеток
с повышенным содержанем графита на сбегающем крае. Это увеличивает
Рис. 5. Электростартер с планетарным редуктором:
1 - крышка со стороны коллектора; 2 - коллектор; 3 - щеткодержатель; 4 - корпус стартера;
5 - тяговое реле; 6 - рычаг; 7- муфта свободного хода; 8 - крышка со стороны привода;
9 - корпус редуктора с солнечной шестерней; 10 - водило; 11 - шестерни-сателлиты
133
сопротивление коммутируемой цепи, улучшает коммутацию. Кроме того,
применяется сдвиг щеток против направления вращения на 0,3-0,5
коллекторного деления. В итоге обеспечивается снижение интенсивности
изнашивания щеток и коллектора до уровня стартеров без редукторов.
Электростартер, показанный на рис. 5, имеет электромагнитное
возбуждение, некоторые современные стартеры мощностью 1-2 кВт -
от постоянных магнитов. Используются постоянные магниты из феррита
стронция, которые имеют повышенную коэрцитивную силу по сравнению
с магнитами из феррита бария. Повышенная коэрцитивная сила
увеличивает стойкость магнитов против размагничивания реакцией
якоря в момент включения стартера, когда действует сила тока короткого
замыкания. Для повышения стойкости к размагничиванию применяют,
например, специальную обработку сбегающего участка магнита,
приводящую к дополнительному местному повышению коэрцитивной
силы, увеличивают число полюсов до шести или применяют экранирова-
ние сбегающей части полюса магнитным шунтом, замыкающим часть
магнитного потока якоря.
Стартер со встраиваемым редуктором имеет массу на 30-50 %
меньшую, чем стартеры обычной конструкции за счет повышения
частоты вращения вала электродвигателя в 3-5 раз. Однако встраивае-
мый редуктор несколько увеличивает длину (по оси) стартера. Для
ограничения длины применяют укороченный привод, в котором
функцию буферной пружины выполняет пружинный рычаг, или
располагают буферную пружину в тяговом реле стартера. Кроме того,
длину стартеров мощностью 2-2,5 кВт уменьшают за счет углубления
ступицы крышки со стороны коллектора и размещения вкладыша вала
в цилиндрической выемке в торце коллектора.
Стартер с редуктором, особенно планетарным, более сложен. Он
имеет большее число деталей и более трудоемок в изготовлении.
Снижение трудоемкости достигается автоматизацией изготовления ряда
деталей, сборки узлов и всего стартера.
Если стартер имеет мощность до 1 кВт, то редуктор встраивают в
стартер редко, так как усложнение конструкции не компенсируется
малым снижением металлоемкости. Стартеры такой мощности
выполняются с возбуждением от постоянных ферростронциевых
магнитов. Появились стартеры с возбуждением от постоянных магнитов
высоких энергий, изготовленных на базе сплава железо-неодим-бор.
Такие магниты называются ’’Магнаквенч”. Стартеры без редуктора с
магнитами на базе сплава железо-неодим-бор имеют существенно
меньшие массу и объем, чем стартеры с электромагнитным возбуждени-
ем. Энергоемкость магнитов "Магнаквенч” находится в пределах
100-290 кДж/м3, тогда как у магнитов из феррита стронция -
134
22-30 кДж/м3. Сплав железо-неодим-бор дорогостоящий, оксидируется
на воздухе, восприимчив к температуре. Для предотвращения оксидиро-
вания изготовляют эпоксидно-клееные магниты, в которых зерна сплава
обволакиваются компаундом, герметически изолирующим их от
воздействия окружающей среды.
Лекция 17. Характеристики электростартеров.
Схемы управления электростартерами
Характеристики электростартеров
Свойства электростартеров оцениваются по рабочим и механическим
характеристикам. Рабочие характеристики представляются в виде
зависимостей напряжения б^на выводах стартера, полезной мощности
Р2 на валу, полезного вращающего момента М2 , частоты вращения якоря
пг и КПД стартерного электродвигателя г| ст от силы тока якоря I а
(рис. 1).
При вращении якоря в его обмотке индуктируется ЭДС, которая
вычисляется по формуле
=
где се - постоянная электрической машины, не зависящая от режима ее
работы.
При электроснабжении стартера от аккумуляторной батареи ЭДС
определяется таким образом:
Ел = ия - ДС/Щ - IaRaSUH - ДС7Щ - Ia(R6 + + Ra + RJ,
где UH - номинальное напряжение аккумуляторной батареи; -
суммарное сопротивление цепи якоря; сопротивление стартерной
сети; - сопротивление аккумуляторной батареи; 7^ - сопротивление
обмотки якоря электростартера; Rc- сопротивление последовательной
обмотки возбуждения электростартера.
С уменьшением нагрузки электродвигателя с последовательным
возбуждением величина магнитного потока Ф падает, а частота вращения
якоря па быстро возрастает до значения яа0, соответствующего силе тока
холостого хода /а0. В стартерах смешанного возбуждения частота
вращения якоря в режиме холостого хода ограничивается магнитным
потоком параллельной обмотки возбуждения. При уменьшении нагрузки
магнитный поток, создаваемый последовательной обмоткой, стремится
135
Рис. 1. Рабочие характеристики стартерного электродвигателя с последовательным
возбуждением:
ДЦц - падение напряжения в контактах щетки-коллектора; М - электромагнитный
вращающий момент; Л/2к> “ полезный момент в режиме полного торможения,
номинальный; £а - ЭДС обмотки якоря; Р - электромагнитная мощность (полная
механическая мощность); Рт- максимальная электромагнитная мощность, соответствую-
щая /w; Рн - номинальная мощность; ДРМ - суммарные механические потери; Ф -
магнитный поток, проходящий через воздушный зазор якоря электродвигателя; Аст -
сопротивление обмоток стартера; ин, иа0 - частота вращения якоря номинальная и
соответствующая силе тока холостого хода; /к, /н - сила тока полного торможения,
номинальная
к нулю, тогда как намагничивающая сила параллельной обмотки и
создаваемый ею магнитный поток даже немного увеличиваются.
Электромагнитный вращающий момент рассчитывается по формуле
М = см7аФ,
где см - постоянная электрической машины.
В электродвигателях с последовательным возбуждением через обмотку
возбуждения проходит ток якоря /а, поэтому магнитный поток
возрастает с увеличением нагрузки стартера. При одинаковых
номинальных параметрах электродвигателей с параллельным и
последовательным возбуждением последние развивают большие
полезные моменты Л/2к в режиме полного торможения. Это улучшает
их тяговые свойства, облегчает раскручивание коленчатого вала во время
136
пуска двигателя при низких
температурах.
Подводимая к стартеру
мощность, исключая электри-
ческие потери, преобразуется
в электромагнитную мощ-
ность. Электромагнитная или
полная механическая мощ-
ность Р, меньшая, чем мощ-
ность Рр подводимая к старте-
ру на величину электрических
потерь, равна
Р = ™аМ/30 = EaZa.
Рис. 2. Механические характеристики стартер-
ных электродвигателей:
1, 2 - соответственно с последовательным и
смешанным возбуждением
Максимальная электромаг-
нитная мощность вычисляется
из выражения
Рт = - Д^щ)2/(4Ла2).
Зависимость электромагнитной мощности от силы тока представляет
собой симметричную параболу с максимальным значением при силе тока
1т, равной половине силы тока /к полного торможения.
Полезная мощность Р2на валу электродвигателя меньше электромаг-
нитной на величину суммы механических потерь ДРМ в подшипниках,
в щеточно-коллекторном узле и магнитных потерь в пакете якоря.
Полезный вращающий момент на валу электродвигателя вычисляется
из выражения
М2 = 30Р2/(лиа).
Сила тока, потребляемого электродвигателем со смешанным
возбуждением, определяется по формуле
I = 4 + h
где Is - UCTIRS - сила тока в параллельной обмотке возбуждения; Rs -
сопротивление параллельной обмотки возбуждения.
Подводимая к стартерному электродвигателю мощность определяется
по формуле
137
Рис. 3. Характеристики стартерных электродвигателей при различных температурах:
а - рабочие; 6 - механические
Л = и„1.
КПД стартерного электродвигателя вычисляется из выражения
^ст =
Механические характеристики электростартера обычно представляют
в виде зависимости частоты вращения якоря от полезного вращающего
момента М2 (рис. 2).
При снижении напряжения на выводах аккумуляторной батареи и
стартера с понижением температуры Т или увеличением сопротивления
стартерной сети (стартерный провод и масса) при той же силе тока
Za ЭДС Еа, частота вращения якоря \ и полезная мощность Р2 электро-
двигателя уменьшаются (рис. 3, а). При той же частоте вращения якоря
«а по мере понижения температуры уменьшается вращающий момент
М2 (рис. 3, б).
Влияние сопротивления источника электроснабжения и стартерной
сети на рабочие и механические характеристики стартерных электродви-
гателей требует однозначного указания условий, при которых определя-
ется номинальная мощность стартера. Номинальной Ри считают
наибольшую полезную мощность Р2в кратковременном режиме работы
при электроснабжении от аккумуляторной батареи максимально
допустимой емкости, установленной в технических условиях на стартер,
при степени заряженности батареи 100 %, температуре электролита
138
+20 °C, при первой попытке пуска двигателя, без учета падения
напряжения в стартерной сети. Номинальной мощности соответствуют
номинальные значения силы тока /н, частоты вращения якоря zzH и
вращающего момента Mw
Пусковая мощность Рп определяется как наибольшая полезная
мощность в кратковременном режиме работы при электроснабжении от
аккумуляторной батареи, заряженной на 75 %, при температуре -20 °C
в конце третьей попытки пуска двигателя с учетом падения напряжения
в проводах.
Напряжение на выводах стартерного электродвигателя при определе-
нии номинальной мощности рассчитывается по формуле
= ЦД - «б/а/с20),
где - коэффициент, равный 0,05 для аккумуляторных батарей
номинальной емкостью С2о менее Ю0 А-ч, а также 0,038 и 0,046
соответственно для аккумуляторных батарей 6СТ-55ЭМ и 6СТ-190ТР.
Частоту вращения коленчатого вала двигателя электростартером п
в различных условиях пуска определяют по точкам пересечения кривых
момента сопротивления двигателя Мс и приведенного к коленчатому
Рис. 4. Характеристики работы системы электростартерного пуска на двигателе автомобиля
ГАЗ-24 "Волга”:
а - схема для определения минимальной температуры пуска; б - совмещенные механические
характеристики стартера СТ230-Б и характеристики сопротивления двигателя при
использовании масла М-8-Вр 7 - стартер СТ230-Б, аккумуляторная батарея 6СТ-60;
2 - стартер СТ221, аккумуляторная батарея 6СТ-55
139
валу вращающего момента стартера Л/* от частоты вращения коленчато-
го вала п (рис. 4, а). Минимальную температуру пуска Tmin определяют
при совмещении на одном графике зависимостей частоты вращения
коленчатого вала электростартером п и минимальной пусковой частоты
вращения коленчатого вала «minOT температуры Токружающей среды
(рис. 4, б).
Схемы управления электростартерами
Схемы внутренних соединений электростартеров с последовательным
и смешанным возбуждением с использованием одно- и двухобмоточных
тяговых реле приведены на рис. 5.
Однообмоточное тяговое реле подключается к аккумуляторной
батарее GB (рис. 6, а) посредством перевода ключа выключателя 2
зажигания и стартера в положение ’’Стартер”. Якорь тягового реле
втягивается в электромагнит, с помощью рычажного механизма вводит
шестерню привода в зацепление с венцом маховика и в конце хода
замыкает силовые контакты реле К1 в цепи электроснабжения электро-
двигателя М. Силовые контакты замыкаются до полного ввода шестерни
в зацепление. Если шестерня упирается в венец маховика, якорь реле
продолжает перемещаться вследствие сжатия буферной пружины привода
и замыкает силовые контакты. Якорь с шестерней начинают вращаться,
и шестерня под действием буферной пружины входит в зацепление, когда
Рис. 5. Электрические схемы электростартеров:
а - СТ368; б - 40.3708; 26.3708; СТ4-А1; в - СТ221; г - 29.3708; 35.3708; д - 42.3708;
СТ230-БЗ; СТ230-К1; е - СТ230-А1; СТ230-Б1; СТ230-И; СТ402; СТ402-А; СТ402-Б; 25.3708;
25.3708-1; СТ142-Б; 30.378; ж - СТ2-А, CT130-A3; з - 16.3708 (7 - к силовым контактам
контактора КТ130; 2 - к положительному выводу аккумуляторной батареи; 3 - к обмотке
контактора КТ 130; 4- к контактам контактора КТ 127)
140
зуб шестерни устанавливается против впадины зубчатого венца
маховика.
Использование дополнительного усилия в шлицевом соединении
вала и направляющей втулки ведущей обоймы роликовой муфты
свободного хода для перемещения шестерни позволяет уменьшить
тяговое усилие и ход якоря электромагнита, размеры и массу тягового
реле.
Для отключения стартера необходимо снять усилие с ключа
выключателя зажигания. Ключ автоматически займет положение
’’Зажигание”. При этом якорь отключенного от источника тока тягового
реле и приводной механизм под действием пружины возвращаются в
исходное положение.
В стартерах с двухобмоточными реле (рис. 6, б и в) при замыкании
контактов выключателя 2 зажигания ток от аккумуляторной батареи
проходит через втягивающую и удерживающую обмотки. При замыкании
контактов реле К1 втягивающая обмотка замыкается накоротко.
Обмотки тягового реле К1 могут подключаться к источнику тока
через контакты вспомогательного реле К2 (рис. 6, в, г и б). Дополнитель-
ный контакт в тяговом реле, соединенный с выводом /7 (рис. 6, г), или
контакт в дополнительном реле, связанный с выводом С, замыкают
накоротко добавочный резистор катушки зажигания.
г) <>)
Рис. 6. Схемы управления электростартерами:
а - CT221 с однообмоточным реле; б- CT221 с двухобмоточным реле; 29.3708 на первых
моделях ВАЗ-2108; в - 29.3708 на автомобилях ВАЗ-2108; ВАЗ-2109; г - СТ 130-АЗ; д -
СТ230-Б1; 1 - электростартер; 2 - выключатель зажигания и стартера; 3 - дополнительное
реле; А - к выводу добавочного резистора
141
Рис. 7. Электронное устройство 2612.3747 для автоматического отключения и блокировки
стартера СТ 142-Б:
VT1, VT2, VT4, VT5- транзисторы КТ630А; VT3 - транзистор КТ3107Б; VD1, VD2, VD3,
VD4, VD7, VD8, VD9, VD12, VD13 -диоды КД 102 A; VD10 - диод КД209А; VD5, VD6-
стабилитроны ДВ14А; VD11 - стабилитрон ДВ16Д; конденсаторы: С1 - 0,05 мкФ; С2 -
0,22 мкФ; СЗ - 0,47 мкФ; С4- 0,05 мкФ; С5 - 0,1 мкФ; С6- 0,05 мкФ; резисторы: Rl, R2
- 3 кОм; R3, R8-XQ кОм; R4-5,6 кОм; R6 - 39,2 кОм; R7-22 кОм; R9, Rll, R15, R16, R19-
2,2 кОм; R10 - 470 Ом; R12 - 33 кОм; R13 - 1 кОм; R14 - Mb Ом; R17 - 4,7 кОм; R18 -
680 Ом; R20 - 1 кОм; R21 - 8,2 кОм
I
В рассмотренных схемах управления после пуска двигателя следует
немедленно выключить стартер, так как при длительном вращении
ведомой обоймы с шестерней привода возможны заклинивание
роликовой муфты свободного хода и повреждение якоря. Включение
стартера при работе двигателя может привести к повреждению зубьев
шестерни и венца маховика или выходу из строя муфты свободного хода.
Надежность системы пуска и срок службы стартера можно повысить
за счет автоматизации отключения стартера после пуска двигателя и
блокировки его включения при работе двигателя.
Электронное устройство 2612.3747 (рис. 7) автоматического
отключения и блокировки включения стартера содержит блок управления
и датчик частоты вращения коленчатого вала. Блок управления настроен
на частоту вращения коленчатого вала, при которой стартер должен
отключаться. Это значение частоты вращения коленчатого вала
142
должно быть больше максимально возможной пусковой частоты
вращения коленчатого вала электростартером и меньше минимальной
частоты вращения коленчатого вала в режиме прогрева двигателя после
пуска.
При пуске двигателя выключатель приборов и стартера переводится
в положение ’’Стартер”, транзистор VT5 открывается (первое устойчивое
состояние триггера на транзисторах VT4 и VT5) и вспомогательное реле,
которое включает стартер, подключается к аккумуляторной батарее. При
вращении коленчатого вала двигателя через вывод 4 штекерного разъема
на выход электронного устройства подается синусоидальное напряжение
от фазы генератора, которое транзистором VT1 преобразуется в
прямоугольные импульсы нормированной амплитуды. С помощью
резисторов Rl, R2, R3 и конденсатора С1 ограничивается входное
напряжение и отфильтровываются импульсные помехи во входных цепях.
Прямоугольные импульсы заряжают конденсатор СЗ преобразователя
"частота - напряжение". Чем больше частота входного сигнала (частота
вращения коленчатого вала двигателя), тем меньше промежутки времени
между импульсами и разряд конденсатора С2. При определенной частоте
вращения коленчатого вала напряжение на конденсаторе СЗ превышает
опорное напряжение на резисторах R10-R15, транзисторы VT2 и VT3
открываются, триггер переводится во второе устойчивое состояние, когда
транзистор VT4 открыт, а транзистор VT5 закрыт. Вспомогательное реле
обесточивается, и стартер отключается. Диоды VD10, VD13 и конденсато-
ры С5, С6 обеспечивают надежное закрытие транзисторов VT5 и VT4.
Терморезистор R11 изменяет частоту вращения коленчатого вала
двигателя, при которой должен отключаться стартер с изменением
температуры окружающей среды. Повторное включение стартера после
первой неудачной попытки пуска возможно только после предваритель-
ного перевода ключа выключателя зажигания в положение "Выключено".
Система "Стоп - старт"
Система "Стоп - старт" выполняет функции автоматического
управления остановкой и пуском двигателя, обеспечивая дополнитель-
ную экономию топлива за счет сокращения длительности работы
двигателя в режиме холостого хода при остановке автомобиля и при
медленном его движении с установленным в нейтральном положении
рычагом коробки передач. Система начинает автоматически функциони-
ровать в том случае, если первоначальный пуск был осуществлен
пусковой системой с электростартером и двигатель прогрет до температу-
ры 65-100 °C.
143
Рис. 8. Схема системы "Стоп-старт":
1 - генератор; 2 - датчик тахометра; 3 - датчик положения дроссельной заслонки; 4 -
датчик нейтрального положения коробки передач; 5 - датчик температуры охлаждающей
жидкости; 6 - датчик положения педали сцепления (отпущена, нажата до отказа); 7 -
аккумуляторная батарея; 8 - вывод к приборам для испытаний; 9 - выключатель зажигания;
10 - переключатель работы системы; 11 - эконометр; 12 - контрольная лампа системы;
13 - контрольная лампа остановки двигателя; 14 - цепь обогрева стекла; 15 - выключатель
подачи тепла; 16- стартер; 77- катушка зажигания
Система ’’Стоп - старт” (рис. 8) выключает зажигание и отключает
подачу топлива, останавливая двигатель при скорости движения
автомобиля менее 5 км/ч, при нейтральной передаче и выключенном
сцеплении. Для продолжения движения водитель нажимает на педаль
подачи топлива; при этом автоматически осуществляется пуск двигателя.
Стартер и цепь зажигания включаются системой ’’Стоп - старт" в том
случае, если двигатель остановлен и с момента его остановки прошло
не менее 0,6 с, сцепление выключено, скорость движения автомобиля
менее 10 км/ч.
Функционирование системы обеспечивают датчики температуры
охлаждающей жидкости, положения педалей сцепления и подачи
топлива, рычага переключения передач и скорости движения автомобиля.
К недостаткам системы "Стоп - старт" относятся увеличение числа
включений стартера и повышенное потребление энергии от аккумулятор-
ной батареи.
144
Лекция 18. Правила эксплуатации и техническое
обслуживание электростартеров
Правила эксплуатации
Надежная и безотказная работа электростартера обеспечивается
выполнением правил эксплуатации и технического обслуживания.
Основным фактором, определяющим срок службы электростартера,
является интенсивность эксплуатации, т.е. число включений на 100 км
пробега автомобиля, которые не всегда сопровождаются успешным
пуском двигателя. Число включений электростартера зависит не только
от того, сколько раз останавливали двигатель, но и от его пусковых
качеств.
Электростартеры потребляют токи большой силы и рассчитаны на
кратковременные режимы работы. Продолжительность непрерывной
работы электростартера при неудачных попытках пуска двигателя не
должна превышать 10-20 с ввиду возможного перегрева обмоток и
нарушения электрического контакта в местах соединений. При неудачном
пуске двигателя электростартер следует включать лишь через 1-2 мин,
убедившись в полной остановке двигателя. Если двигатель не удалось
пустить за три попытки, то необходимо проверить состояние системы
электроснабжения или зажигания и устранить возможные неисправности.
Выключать электростартер следует сразу после пуска двигателя.
Длительное вращение зубчатого колеса маховиком может привести к
заклиниванию муфты свободного хода привода, резкому увеличению
частоты вращения и выходу из строя электродвигателя.
Проверка технического состояния
При проведении технического обслуживания проверяют надежность
крепления электростартера на двигателе и состояние наконечников
проводов на выводах аккумуляторной батареи и на контактных болтах
тягового реле, так как при потреблении большой силы тока даже
незначительное переходное сопротивление в цепи приводит к значитель-
ному падению напряжения, а в данном случае к снижению мощности
электростартера.
При подготовке автомобиля к зимней эксплуатации или выполнении
очередного ТО-2, время проведения которого для автомобиля каждой
модели определяется конкретно (для автомобилей ВАЗ-2108 и ВАЗ-2109
145
через 45 тыс. км пробега, ЗАЗ-968М - 30 тыс. км, МАЗ-64227 и
МАЗ-54322 - 45-50 тыс. км), надо снять электростартер с двигателя,
разобрать его, очистить детали от грязи, продуть сжатым воздухом и
проверить техническое состояние якоря, щеточно-коллекторного узла,
обмоток возбуждения, механизма привода, крышек и тягового реле.
Наличие межвитковых замыканий обмотки якоря на сердечник и
катушек обмотки возбуждения на корпус проверяют с помощью прибора
Э236, мегомметра или контрольной лампы (220 В). Контрольная лампа
не должна гореть при подключении ее к источнику электроснабжения
через любую пластину коллектора и сердечник якоря. Мегомметр не
должен показывать сопротивление менее 10 кОм. Проверку якоря на
межвитковое замыкание или замыкание пластин коллектора можно
проводить с помощью портативного дефектоскопа ПДО-1.
На поверхности шлицев и цапф вала якоря не должно быть задиров,
забоин и продуктов износа. Следы желтого цвета от втулки зубчатого
колеса удаляют мелкозернистой шлифовальной шкуркой, иначе они
могут стать причиной заедания зубчатого колеса на валу. Биение
сердечника якоря относительно цапф вала должно быть не более 0,08;
0,1 и 0,25 мм для электростартеров СТ221, 26.3708 и СТ230-А1 соот-
ветственно.
Особое внимание следует обращать на состояние коллектора и щеток.
Биение коллектора относительно цапф вала для электростартера СТ221
не должно превышать 0,06 мм, для электростартеров 26.3708 и
СТ230-А1 - 0,05 мм. Рабочая поверхность должна быть гладкой и не
должна иметь следов подгорания. Загрязненную, окисленную или
подгоревшую поверхность коллектора протирают чистой тряпкой,
смоченной бензином. При необходимости коллектор зачищают
мелкозернистой шлифовальной шкуркой или протачивают на токарном
станке до допустимого минимального диаметра: для стартера СТ130 -
38,2 мм; СТ230 - 43 мм; СТ142 - 53 мм. t
Подвижность щеток в щеткодержателях проверяют с помощью
крючка, которым приподнимают пружину, и, слегка дергая за канатики
щетки, перемещают ее в щеткодержателе. Щетки должны перемещаться
свободно, без заеданий. Проверяют и при необходимости подтягивают
крепление наконечников щеточных канатиков к щеткодержателям.
Контрольной лампой (220 В) выявляют замыкание щеткодержателей на
корпус.
Изношенные щетки заменяют новыми, допустимая высота которых
приведена ниже.
146
Электростартер Допустимая высота
щетки, мм
26.3708.............................................. 9
СТ117-А............................................. 10
СТ221............................................... 12
СТ230-А1............................................. 5
CT13O-A3............................................ 6-7
СТ142-Б............................................. 13
СТ103-А-01.......................................... 14
Для снятия щеток в электростартерах с цилиндрическими коллектора-
ми следует отвернуть винты крепления наконечников щеточных
канатиков к щеткодержателям. Щетки надо вынуть из щеткодержателей
крючком после освобождения их от щеточных пружин. Концы пружин,
которые при установке новых щеток необходимо отвести в сторону,
должны упираться в середину щетки. В случае уменьшения усилия
щеточных пружин более чем на 25 % номинального значения пружину
надо заменить. Для увеличения усилия пружины в коробчатых щеткодер-
жателях можно подогнуть кронштейн подвески спиральной пружины.
Усилие щеточных пружин измеряют динамометром в момент отрыва
пружины от щетки.
Механизм привода с роликовой муфтой свободного хода должен
легко перемещаться по направлению к подшипнику крышки со стороны
привода и возвращаться в исходное положение пружиной. Если
перемещение затруднено, часть вала, к которой имеется доступ через
окно в крышке, очищают от грязи и покрывают смазочным материалом
(ЦИАТИМ-201, ЦИАТИМ-202 или ЦИАТИМ-203). В случае заедания
муфты привода после смазывания или ее пробуксовывания электростар-
тер нужно разобрать, а муфту заменить. Винтовые шлицы вала якоря,
втулки обеих крышек и зубчатое колесо привода электростартеров СТ221
и 29.3708 рекомендуется смазывать моторными маслами (М-63 /10-Гр
М-8-Fj и М-Ю-ГДи)). Поводковое кольцо привода электростартера
смазывают смазочным материалом Литол-24.
В случае затрудненного перемещения храповичного привода в
электростартерах СТ142-А, СТ142-Б1 и 25.3708 часть вала также
смазывают смазочным материалом ЦИАТИМ-203 или ЦИАТИМ-221.
Если при этом дефект не устраняется, так как храповичная муфта может
пробуксовывать в результате заедания ведущего храповика на шлицах
втулки, следует проверить состояние шлицевой накатки вала якоря и
втулки привода. Для этого муфту разбирают и ее детали промывают
бензином. Перед сборкой детали муфты смазывают моторным маслом.
147
Рис. 1. Схема для проверки стартера автомо-
билей ВАЗ
Исправность обмоток тяговых
На зубьях зубчатых колес при-
вода не должно быть сколов и
выкрашиваний. Забоины на заход-
ной части зубьев шлифуют мелко-
зернистым шлифовальным кругом
малого диаметра.
Крышки электростартера про-
веряют на наличие трещин и сте-
пень изнашивания втулок. При
необходимости заменяют или
втулки, или крышку в сборе. Про-
веряют крепление щеткодержате-
лей на крышке со стороны коллек-
тора. При установке крышки со
стороны коллектора на место
щеточно-коллекторный узел сле-
дует продуть сжатым воздухом.
;ле электростартеров определяют
измерением сопротивления с помощью омметра или вольтметра и
амперметра. Проверяют силовые контакты, изношенные или подгорев-
шие зачищают мелкозернистой шлифовальной шкуркой. При значитель-
ном износе или подгорании контактные болты поворачивают на 180°
или заменяют. Изношенную с одной стороны контактную пластину
можно повернуть к контактным болтам неизношенной стороной. Якорь
тягового реле должен свободно перемещаться в корпусе.
Техническое состояние электростартера оценивают по параметрам
режимов холостого хода и полного торможения. Испытание электростар-
тера проводят на стендах. Схема для проверки стартера автомобиля ВАЗ
дана на рис. 1. При тугом вращении якоря, которое может быть вызвано
перекосами при сборке, загрязнением, отсутствием смазочного материала
или износом подшипников, ослаблением крепления полюсов и задевани-
ем за них якоря возрастает сила тока и уменьшается частота вращения
якоря в режиме холостого хода. Причиной роста силы тока и отсутствия
вращения якоря может быть замыкание на ’’массу” в обмоткаСх якоря и
возбуждения, контактных болтов тягового реле или изолированного
щеткодержателя. В случае межвиткового замыкания в обмотках якоря
или возбуждения в режиме полного торможения сила тока будет больше,
а вращающий момент меньше значений, указанных в технической
характеристике электростартера.
148
Регулировка
После проверки и устранения неисправностей электростартер
необходимо отрегулировать. В электростартерах с роликовой муфтой
свободного хода (например СТ230-Б) проверяют размер Б (рис. 2, а)
между торцом зубчатого колеса и упорным кольцом на валу, который
при включенном тяговом реле должен быть равен 3-5 мм. Для включения
тягового реле к выводу и корпусу электростартера присоединяют
аккумуляторную батарею (12 В).
При регулировке размер Б изменяют поворотом эксцентричной оси
рычага включения привода. После регулировки необходимо затянуть
гайку оси. В выключенном положении тягового реле зубчатое колесо
устанавливают на расстоянии 34 мм от привалочной плоскости фланца
крышки со стороны привода (рис. 2, а, размер А). В некоторых
электростартерах при включенном тяговом реле зазор между торцом
зубчатого колеса и упорной втулкой на валу (3,5-5,5 мм) регулируют
поворотом шпильки, ввернутой в якорь тягового реле.
Для регулировки тягового реле электростартера СТ142-Б к выводу
и корпусу электростартера
подключают аккумулятор-
ную батарею (24 В). При
втянутом якоре зазор меж-
ду упорной шайбой и втул-
кой привода должен состав-
лять 0,5-1,5 мм (рис. 2, б),
при этом контакты реле
находятся в замкнутом со-
стоянии. Для контроля за-
мыкания контактов в цепь
между положительным вы-
водом аккумуляторной ба-
тареи и контактным бол-
том реле электростартера
включают лампу (24 В),
между зубчатым колесом и
шайбой на валу якоря уста-
навливают прокладку тол-
щиной 6 мм (рис. 2, в). При
подключении тягового
в) г)
Рис. 2. Регулируемые размеры в стартерах:
а - СТ230-Б; б - г - СТ142-Б; 1 - зубчатое колесо
привода; 2 - упорное кольцо; 3 - втулка привода;
4 - упорная шайба; 5 - прокладка
149
реле к аккумуляторной батарее зубчатое колесо под действием усилия
тягового реле прижимается к поверхности прокладки, но контакты реле
не должны замыкаться (контрольная лампа не горит). При установке
между втулкой привода и шайбой прокладки толщиной 2,5 мм (рис. 2, г)
контакты включенного реле должны замкнуться. Если лампа не
загорается, электростартер регулируют поворотом эксцентриковой оси
рычага, на которой установлен регулировочный диск с двумя отверстия-
ми. После установки регулировочного диска в новое положение снова
проверяют регулировку реле электростартера.
Основные неисправности электростартера, способы их обнаруже-
ния и устранения
Причина неисправности Способ обнаружения Способ устранения
Ста{ »тер и тяговое реле не включа! отся
Неисправна (сульфатация или короткое замыкание электродов) или сильно разряжена аккумуляторная батарея Определить заряд аккуму- ляторной батареи по плот- ности электролита. Прове- рить техническое состояние аккумуляторной батареи с помощью пробника Неисправность устранить, аккумуляторную батарею зарядить
Нарушен контакт в соеди- нениях, обрыв проводов в цепях электроснабжения и управления стартером Проверить контакты в мес- тах соединения провода с выводами аккумуляторной батареи, электростартера и реле Восстановить контакты в соединениях в цепях элек- троснабжения и управле- ния электростартером. По- врежденные провода заме- нить
Окислены выводы аккуму- ляторной батареи и нако- нечников проводов Проверить состояния по- люсных выводов батареи и наконечников проводов Окисленные выводы бата- реи и наконечники прово- дов зачистить шлифоваль- ной шкуркой со стеклян- ным покрытием, плотно затянуть и смазать техни- ческим вазелином
150
Причина неисправности Способ обнаружения Способ устранения
Не работают реле включе- ния, выключатель зажига- ния (выключатель прибо- ров и электростартера) или выключатель "массы": вы- шла из строя контактная система, обрыв, межвитко- вое замыкание на "массу" обмоток реле и выключате- ля "массы" Подключить электростар- тер непосредственно к ак- кумуляторной батарее. Срабатывание тягового реле и включение электро- стартера указывают на неисправность реле вклю- чения, выключателя зажи- гания (выключателя прибо- ров и электростартера) или выключателя "массы" Неисправные реле включе- ния, выключатель зажига- ния, выключатель "массы" проверить, при необходи- мости отремонтировать или заменить
Не работает тяговое реле электростартера: обрыв обмоток, межвитковое за- мыкание во втягивающей обмотке и замыкание ее на "массу", заедание или сме- щение контактного диска, заедание якоря и др. Проверить тяговое реле: вал электродвигателя элек- тростартера не вращается при обычном подключении электростартера к аккуму- ляторной батарее и враща- ется при замыкании кон- тактных болтов на тяговом реле шиной или проводом большого сечения Разобрать реле, устранить неисправность, при необ- ходимости заменить
Короткое замыкание в об- мотках электростартера Проверить стартер на за- мыкание обмоток на "мас- су" с помощью прибора Э236, мегомметра или кон- трольной лампы При наличии короткого замыкания в обмотках электростартера отремон- тировать или заменить его
Тяговое реле включается, но якорь электростартера не вра медленно щается или вращается очень
Разряжена аккумуляторная батарея Определить заряд аккуму- ляторной батареи по плот- ности электролита Зарядить аккумуляторную батарею или заменить ее
Окисление выводов акку- муляторной батареи и на- конечников проводов электростартера Проверить выводы аккуму- ляторной батареи и нако- нечников проводов Окисленные выводы акку- муляторной батареи и на- конечники проводов зачис- тить шлифовальной шкур- кой со стеклянным покры- тием, плотно затянуть и смазать техническим вазе- лином
151
Причина неисправности Способ обнаружения Способ устранения
Недостаточно затянуты гайки крепления наконеч- ников проводов на кон- тактных болтах тягового реле Проверить затяжку гаек Затянуть гайки
Не работает контактная система тягового реле Проверить контактную систему путем замыкания контактных болтов с по- мощью проводника или шины большого сечения: быстрое вращение якоря указывает на неисправ- ность контактной системы тягового реле Снять крышку тягового реле, осмотреть силовые контакты, при необходи- мости контакты восстано- вить
Нет контакта в разъемных соединениях внутри элек- тростартера Разобрать стартер (отвер- нуть стяжные болты, снять крышку со стороны кол- лектора) и проверить со- стояние разъемных соеди- нений При необходимости отре- монтировать электростар- тер
Сильно окислен или за- грязнен коллектор электро- двигателя Снять крышку со стороны коллектора и осмотреть Окисленный коллектор за- чистить мелкозернистой шлифовальной шкуркой со стеклянным покрытием или проточить; замаслен- ный коллектор протереть тряпкой, смоченной бензи- ном
Сильный износ щетки Снять защитный кожух крышки со стороны кол- лектора, щеток, измерить высоту щеток Изношенные щетки заме- нить
Зависание щетки в щетко- держателе Разобрать электростартер и проверить легкость пере- мещения щеток в щетко- держателях Очистить щетки и щетко- держатель ।
152
Причина неисправности Способ обнаружения Способ устранения
Замыкание на "массу" изо- лированного щеткодержа- теля Проверить, нет ли замыка- ния "на массу" с помощью контрольной лампы (220 В), и техническое со- стояние изолированного щеткодержателя и изолиру- ющей прокладки. Убедить- ся в том, что в щеточно- коллекторном узле нет по- сторонних предметов Устранить замыкание на "массу" изолированного щеткодержателя. Повреж- денную изолирующую про- кладку заменить
Ослабление пружин щетко- держателей Проверить щеточные пру- жины с помощью динамо- метра Ослабленные пружины за- менить
Замыкание на "массу" или межвитковое замыкание обмоток возбуждения или якоря электростартера Проверить обмотки на межвитковое замыкание или замыкание на "массу" прибором Э236, мегоммет- ром или контрольной лам- пой При необходимости якорь и катушки возбуждения отремонтировать или заме- нить
Заклинивание якоря Включить плафон и элек- тростартер. Если при ис- правной аккумуляторной батарее и цепи электро- стартера свет плафона сильно уменьшится, то воз- можно разрушение обмот- ки якоря и его задевание за полюсы Отремонтировать электро- стартер
Тяговое реле включается и сразу выключается, слышится часто повторяющийся стук
Сильно разряжена аккуму- ляторная батарея Проверить заряд аккумуля- торной батареи по плот- ности электролита При необходимости зачис- тить выводы аккумулятор- ной батареи и наконечники проводов, затянуть соеди- нения и смазать техничес- ким вазелином
153
Причина неисправности Способ обнаружения Способ устранения
Увеличено сопротивление в цепи электроснабжения электростартера Проверить состояние разъ- емных соединений в цепи электроснабжения При необходимости зачис- тить выводы аккумулятор- ной батареи и наконечники проводов, затянуть соеди- нения и смазать техничес- ким вазелином
Вышел из строя выключа- тель зажигания Подключить контрольную лампу к выводу выключа- теля зажигания и к корпу- су. Если выключатель ис- правен, при повороте клю- ча в положение включения электростартера лампа должна загореться Неисправный выключатель зажигания отремонтиро- вать или заменить
Обрыв или плохой контакт удерживающей обмотки тягового реле с корпусом Проверить надежность сое- динения обмотки с корпу- сом после снятия крышки тягового реле Восстановить соединение обмотки с корпусом или заменить тяговое реле
Неправильная регулировка реле включения Проверить с помощью вольтметра напряжения включения и выключения реле Отрегулировать или заме- нить неисправное реле включения
Электродвигатель электростартера включается, но коленчатый вал не вращается
Пробуксовывание муфты свободного хода механиз- ма привода Проверить вручную работу механизма привода на сня- том с двигателя электро- стартере Если муфта пробуксовыва- ет, электростартер разоб- рать и заменить муфту
Тугое перемещение меха- низма привода по винто- вым шлицам вала якоря Проверить вручную лег- кость перемещения меха- низма привода на снятом с двигателя электростартере Смазать винтовые шлицы смазочным материалом в соответствии с рекоменда- циями инструкции по экс- плуатации автомобиля
Сломан рычаг механизма привода Разобрать электростартер и осмотреть рычаг Сломанный рычаг заме- нить
154
Причина неисправности Способ обнаружения Способ устранения
Сломана поводковая муф- та или буферная пружина Разобрать электростартер и проверить состояние по- водковой муфты и буфер- ной пружины Разобрать электростартер и заменить муфту, пружину или механизм привода
Электростартер включается, но зубчатое колесо не входит в зацепление
Ослаблена буферная пру- жина Проверить техническое состояние механизма при- вода Заменить пружину или ме- ханизм привода
Электростартер не отрегу- лирован Проверить регулировку электростартера (см. рис. 2) Отрегулировать электро- стартер
На зубьях зубчатого колеса механизма привода или венца маховика имеются забоины Снять электростартер с двигателя и осмотреть зуб- чатое колесо и венец махо- вика Устранить забоины абра- зивным инструментом или напильником. При необхо- димости заменить меха- низм привода или маховик
Заедание зубчатого колеса на валу из-за закоксовыва- ния смазочного материала на шлицах вала якоря Снять электростартер и осмотреть Очистить шлицы тряпкой, смоченной бензином, и смазать вал смазочным ма- териалом ЦИАТИМ-203
Электр' остартер после пуска не отклн эчается
Заедание ключа в выклю- чателе зажигания (выклю- чателе приборов и старте- ра) После поворота ключа вы- ключателя в положение включения электростарте- ра он остается в этом поло- жении Немедленно остановить двигатель, выключить электростартер, повернув ключ в исходное положе- ние. Неисправный выклю- чатель отремонтировать или заменить
Заедание механизма приво- да на валу якоря Снять с двигателя электро- стартер и разобрать его. Проверить вручную лег- кость перемещения меха- низма привода на валу яко- ря При закоксовывании сма- зочного материала на шли- цах вала якоря шлицы очистить тряпкой, смочен- ной бензином, и смазать смазочным материалом ЦИАТИМ-203
155
Причина неисправности Способ обнаружения Способ устранения
Спекание контактов тяго- вого реле Снять крышку тягового реле и визуально опреде- лить состояние контактов реле Подгоревшие контакты тягового реле зачистить мелкозернистой шлифо- вальной шкуркой со стек- лянным покрытием
Повышенный уровень шума при вращении якоря электростартера
Ослаблено крепление элек- тростартера Проверить крепление элек- тростартера Подтянуть гайки или бол- ты крепления электростар- тера
Поломка крышки со сторо- ны привода Снять электростартер с двигателя и визуально про- верить техническое состоя- ние крышки Сломанную крышку со сто- роны привода заменить
Повреждены зубья зубча- того колеса привода элек- тростартера или венца ма- ховика двигателя Снять электростартер с двигателя и осмотреть зубья зубчатого колеса и венца маховика При необходимости заме- нить механизм привода электростартера или махо- вика двигателя
Вышел из строя механизм привода или туго переме- щается по шлицам вал яко- ря: зубчатое колесо элек- тростартера не выходит из зацепления с венцом махо- вика Снять электростартер с двигателя, разобрать и проверить работу механиз- ма привода Неисправный механизм привода заменить. При за- коксовывании смазочного материала на шлицах вала якоря шлицы очистить тряпкой, смоченной бензи- ном, и смазать смазочным материалом ЦИАТИМ-203
Чрезмерный износ втулки подшипников или шеек вала якоря Снять электростартер с двигателя и проверить вручную плотность посад- ки вала якоря в подшипни- ках Заменить втулки или якорь
Перекос электростартера при установке на двигатель Проверить правильность крепления электростартера на двигателе Закрепить правильно элек- тростартер на двигателе
Ослабло крепление полюса к корпусу Проверить вручную, не задевает ли якорь за полюс снятого электростартера Затянуть винт крепления полюса
156
Тема 6. Облегчение пуска двигателей при низких
температурах
Лекция 19. Устройства для облегчения пуска двигателей
Устройства для облегчения пуска, воздействуя на отдельные системы
двигателя, температурное состояние его деталей и эксплуатационных
материалов, снижают моменты сопротивления вращению коленчатого
вала, улучшают условия образования и воспламенения топливовоздуш-
ной смеси. Эффективность различных способов и устройств для
облегчения пуска зависит от типа двигателя, его конструктивных
особенностей и условий эксплуатации.
Пуск дизелей с разделенными камерами сгорания улучшается при
установке в предкамеры или вихревые камеры свечей накаливания
открытого или закрытого типа, раскаленные нагревательные элементы
которых являются источниками воспламенения топливовоздушной смеси.
Свечи накаливания
Свеча накаливания с открытым нагреватель-
ным элементом (рис. 1, а) устанавливается в
камере сгорания двигателя таким образом,
чтобы раскаленная спираль 3 находилась на
некотором расстоянии от границы струи
распыливаемого топлива. Если струя топлива
касается спирали, процесс воспламенения
улучшается, но срок службы свечи сокращается.
Спираль накаливания 3 (рис. 1, 6) штифтовой
свечи находится в закрытом кожухе 5, запол-
ненном изоляционным материалом с высокой
теплопроводностью. Кожух свечи изготовляют
из железо-никель-хромового сплава инконель.
Штифтовую свечу накаливания в камеру
сгорания устанавливают так, чтобы конус
струи распыливаемого топлива касался раска-
ленного конца ее кожуха.
Рис. 1. Свечи накаливания:
а - с открытым нагреватель-
ным элементом; б- штифто-
вая; / - центральный элек-
трод; 2 - корпус; 3 - спи-
раль; 4 - вывод; 5 - кожух
спирали
157
Как правило, чаще используют однополюсные штифтовые свечи
накаливания, потребляющие токи силой 5 и 10 А при напряжениях
соответственно 24 и 12 В. Двухполюсные свечи для двухпроводных схем
потребляют токи силой до 50 А при напряжении 1,7 В. Время прогрева
штифтовой свечи накаливания составляет 1-2 мин. Вследствие большой
тепловой инерции таких свечей нет необходимости устанавливать в их
цепь питания дополнительный резистор. Преимуществом штифтовых
свечей по сравнению со свечами открытого типа являются большая
механическая прочность и больший срок службы вследствие отсутствия
оксидирования спирали кислородом. Штифтовые свечи накаливания
могут быть установлены в дизелях с однополостными камерами
сгорания.
Эффективность применения свечей накаливания при пуске дизелей
зависит от рабочей температуры открытой спирали или кожуха штиф-
товой свечи, которая определяется силой проходящего по спирали тока.
Пуск дизелей при использовании свечей накаливания обеспечивается до
температур -10--15 °C при частоте вращения коленчатого вала
60-80 мин-1.
Свечи подогрева воздуха во впускном трубопроводе
На дизелях с однополостными камерами сгорания применяют
электрические свечи и электрофакельные подогреватели для нагрева
воздуха, поступающего в цилиндры двигателя на такте впуска. Целью
подогрева воздуха является повышение температуры в конце такта
а)
сжатия и, тем самым, улучшение
условий образования, воспламенения
и сгорания топливовоздушной смеси.
Свеча СН-150-А подогрева возду-
ха во впускном трубопроводе
(рис. 2, а) мощностью 400 Вт рассчи-
тана на потребление тока силой
45-47 А. Спираль 1 свечи нагревается
до температуры 900-950 °C через
40-60 с после подключения к аккуму-
ляторной батарее. В цепи питания
свечей СН-150-А предусмотрен кон-
Рис. 2. Свечи подогрева воздуха во впускном
трубопроводе:
а - СН-150-А; б - фланцевая; 7 - спираль
накаливания; 2 - стержень; 3 - уплотнительная
шайба; 4 - корпус; 5 - изоляционная шайба;
6 - контактная гайка; 7 - изоляционная втулка
158
трольный элемент СЭ-52 и дополнительный резистор МД-51-А. Свечи
подогрева устанавливают в начале впускного трубопровода или в местах
разводки по каналам цилиндров.
Лучший теплоотвод впускного воздуха от спирали 1 (рис. 2, б)
обеспечивается при использовании фланцевых свечей. Фланцевые свечи
устанавливают в разъемах впускного трубопровода, что приводит к
большому разнообразию их конструкций и усложняет конструкцию
трубопровода.
Вследствие подогрева воздуха во впускном трубопроводе свечой
СН-150-А на 20-35 °C увеличивается температура в цилиндре в конце
сжатия, в результате чего на 5—10 °C снижается минимальная температу-
ра пуска дизелей. Из-за потери теплоты при большой длине трубопрово-
да снижается эффективность работы свечей подогрева в условиях низких
температур. Поэтому их применяют на дизелях с малыми рабочими
объемами, пуск которых должен обеспечиваться до температур
-12^-17 °C.
Электрофакельные подогреватели воздуха
На дизелях устанавливают электрофакельные подогреватели воздуха
во впускном трубопроводе, что в сочетании с маслом малой вязкости
позволяет снизить минимальную температуру пуска холодного дизеля
на 10—15 °C. В электрофакельных подогревателях через электрическую
спираль проходит ток небольшой силы, так как она служит только для
подогрева, испарения и зажигания топливовоздушной смеси. Воздух во
впускном трубопроводе подогревается за счет теплоты сгорания
топливовоздушной смеси.
Электрофакельное устройство дизелей автомобилей ЗИЛ моделей
133ГЯ, 133ВЯ состоит из двух факельных штифтовых свечей (рис. 3, а),
электромагнитного топливного клапана (рис. 3, б), добавочного
резистора с термореле (рис. 3, в), кнопочного выключателя, реле
электрофакельного устройства, реле отключения обмотки возбуждения
генератора, контрольной лампы и топливопроводов.
Дозирование топлива, его испарение, смешивание с воздухом,
воспламенение и сгорание происходят в факельной штифтовой свече.
Топливо, подаваемое к свече, очищается фильтром 5 (см. рис. 3, а),
дозируется жиклером 6, проходит по кольцевой полости между кольцевой
вставкой и нагревателем 11. Объемная испарительная сетка 2 в нижней
части факельной свечи имеет большую поверхность и облегчает
испарение топлива. Сетка окружена защитным экраном 1 с отверстиями
для прохода воздуха. Экран предотвращает затухание пламени при
увеличении скорости воздушного потока во впускном трубопроводе
159
7
Рис. 3. Электрофакельное устройство:
а - факельная штифтовая свеча 13.3740; б - электромагнитный топливный клапан 13.3741;
в - добавочный резистор с термореле; 1 - защитный экран; 2 - испарительная сетка; 3, 7,
8 - гайки; 4 - испаритель; 5 - фильтр; 6 - топливный жиклер; 9 - изоляционная шайба; 10 -
изоляционная втулка; 11 - нагреватель; 12 - корпус свечи; 13 - основание клапана; 14 -
гильза; 15 - якорь; 16 - катушка; 17- магнитопровод; 18 - штекер; 19, 23 - выводы; 20 -
защитный кожух; 21 - спираль добавочного резистора; 22 - биметаллическая пластина
с подвижным контактом; 24 - изолятор; 25 - неподвижный контакт
после пуска двигателя. Ниже приведена техническая характеристика
факельных свечей накаливания.
Техническая характеристика факельных свечей накаливания
Тип свечи (автомобиль)..................
Номинальное напряжение, В..............
Сила потребляемого тока, А.............
Температура нагрева при номинальной
силе тока, °C..........................
Время нагрева, с.......................
Пропускная способность, см3/мин........
Масса, кг..............................
11.3740 (КамАЗ, "Урал", ГАЗ), 111.3740 (БелАЗ, МАЗ, КрАЗ) 19 11-12 13.3740 (ЗИЛ-1 ззвя, ЗИЛ-133ГЯ) 9,5 21-23
1040-1230 1080-1150
90
5,5-6,5* 7,5-8,5
0,13
Пропускная способность указана для клапана 11.3740.
160
Электромагнитный топливный клапан открывает подачу топлива к
факельным штифтовым свечам при подключении катушки 16 (см.
рис. 3, б) к аккумуляторной батарее. При отключении электромагнитный
клапан закрывается под действием пружины. Топливо к электромагнит-
ному клапану подводится из системы питания дизеля. Ниже приведена
техническая характеристика электромагнитных клапанов.
Техническая характеристика электромагнитных клапанов
Тип клапана (автомобиль)..............
Номинальное напряжение, В..............
Сила тока, потребляемого катушкой, А...
Напряжение срабатывания
клапана, В, не более...................
Ход якоря, мм..........................
Масса, кг.............................
11.3741 (КамАЗ,
"Урал", ГАЗ,
МАЗ, КрАЗ)
24
0,8...1,1
12
13.3741
(ЗИЛ-133ВЯ,
ЗИЛ-133ГЯ)
12
1,6...2,2
6
0,6...1,2
0,14
Термореле имеет контакты и биметаллическую пластину 22 (рис. 3, в),
расположенные внутри спирали 21 добавочного резистора. По мере
прогрева за счет теплоты, выделяемой добавочным резистором,
биметаллическая пластина деформируется и замыкает контакты реле.
Добавочный резистор уменьшает силу тока вр время предварительного
нагрева штифта факельной свечи и замыкается накоротко в момент
включения стартера. Ниже приведена техническая характеристика
добавочных резисторов с термореле.
Техническая характеристика добавочных резисторов с термореле
Тип добавочного резистора (автомобиль)... 12.3741 (КамАЗ,
"Урал", ГАЗ, МАЗ,
КрАЗ)
Номинальное напряжение, В............. 24
Номинальная сила тока, А.................... 22,8
14.3741
(ЗИЛ-133ВЯ,
ЗИЛ-133ГЯ)
12
44
Сопротивление спирали в холодном
состоянии, Ом..........................
Диаметр проволоки, мм..................
Время от момента включения
до замыкания контактов, с...............
Время замкнутого состояния контактов
при отключении цепи питания, с,
не менее...............................
0,156-0,169 0,045-0,050
1,8 2,5
50-65
45 20
Масса, кг..............................
0,12
6 — 6222
161
Рис. 4. Электрическая схема электро-
факельного устройства автомобиля
Схема электрофакельного
устройства (рис. 4) обеспечива-
ет предварительный нагрев
факельных штифтовых свечей
ЕК1 и ЕК2 до температуры
1000 - 1100 °C перед включени-
ем стартера. Спирали свечей
подключены к аккумуляторной батарее через добавочный резистор R
термореле КК кнопочным выключателем S2 электрофакельного
устройства. Во время предпускового прогрева свечей выключатель S1
приборов находится в положении II. В конце прогрева факельных свечей
замыкаются контакты термореле КК. Напряжение подается на электро-
магнитный топливный клапан YA и контрольную лампу HL, сигнализи-
рующую о готовности электрофакельного устройства к пуску двигателя.
При включении стартера выключателем S1 приборов (положение III)
подкачивающий насос подает топливо через открытый электромагнит-
ный клапан к факельным свечам.
После пуска двигателя выключатель S1 приборов и стартера
переводят в положение II, стартер отключается, но электрофакельное
устройство продолжает работать в период предпускового прогрева, если
оставить включенной кнопку выключателя S2.
Для защиты факельных штифтовых свечей от перегрева при работе
двигателя в режиме холостого хода после пуска, когда в связи с работой
генератора повышается напряжение на выводах свечей, в схеме
предусмотрено реле К2 отключения обмотки возбуждения генератора.
Техническое обслуживание электрофакельных подогревателей
Проверка технического состояния. Проверка технического состояния
электрофакельного устройства включает целый комплекс мероприятий.
Сначала визуально определяют исправность контрольной лампы.
Техническое состояние факельных свечей оценивают по силе потребляе-
мого тока. Большая сила тока или его отсутствие свидетельствует о
неисправности свечи. Исправность дополнительного резистора с
термореле проверяют по времени от момента включения до замыкания
контактов и замкнутого состояния контактов при отключении цепи
162
питания. Уменьшение времени замкнутого состояния контактов
термореле после отключения тока приводит к преждевременному
прекращению подачи топлива к факельным свечам.
Об исправном состоянии электрофакельного устройства свиде-
тельствует наличие факела, наблюдаемого через отверстия во впуск-
ном трубопроводе при вращении коленчатого вала дизеля электростарте-
ром. Если факел при исправных факельных штифтовых свечах отсутству-
ет, проверяют герметичность топливной системы электрофакельного
устройства, пропускную способность факельной свечи и работу
электромагнитного клапана.
Герметичность топливной системы оценивают визуально. Для
проверки давления в топливной системе и исправности электромагнитно-
го клапана топливопровод отсоединяют от факельной свечи, прокачива-
ют систему топливоподкачивающим насосом и через 1 мин включают
электромагнитный топливный клапан. Открытие клапана сопровожда-
ется характерным щелчком, после чего из отсоединенного от свечи
топливопровода должна появиться струя топлива. Расход топлива и силу
потребляемого факельной свечой тока определяют на специальных
стендах.
Реле отключения обмотки возбуждения генератора на автомобилях
КамАЗ исправно, если при работающем двигателе и включенном
электрофакельном устройстве амперметр на щитке приборов показывает
разряд (силой тока около 30 А), а при включенном электрофакельном
устройстве - заряд.
При подготовке к эксплуатации в холодный период года топливную
систему электрофакельного устройства освобождают от летнего топлива,
промывают в бензине фильтр и жиклер факельной штифтовой свечи и
свечу при наличии на сетке и защитном экране нагара и сажи. Для
очистки фильтра чистый бензин или очищенное дизельное топливо
пропускают через фильтр в направлении, противоположном перемеще-
нию топлива в рабочем режиме. После очистки рекомендуется продуть
фильтр сжатым воздухом.
Неисправности. Некоторые неисправности электрофакельных
устройств, возможные причины их возникновения и способы устранения
приведены в таблице.
6*
163
Продолжение
Причины неисправности Способ обнаружения Способ устранения
Стрелка амперметра при включении электрофакельного устройства зашкаливает
Замыкание факельной штифтовой свечи на массу Отсоединение провода от вывода одной из свечей, что исключает возмож- ность его замыкания на массу При зашкаливании стрелки амперметра отсоединение провода от вывода другой свечи Отсутствие зашкаливания стрелки свидетельствует о замыкании на массу другой свечи Неисправную свечу отре- монтировать или заменить
Замыкание на массу элек- трических проводов, тер- мореле, реле блокировки отключения массы и реле отключения обмотки воз- буждения генератора Проверка состояния изоля- ции электрических прово- дов и обмоток реле Провода с поврежденной изоляцией и неисправное реле заменить
Замыкание спирали доба- вочного резистора термо- реле Отсоединение провода, со- единяющего кнопочный выключатель электрофа- кельного устройства с вы- водом термореле. Отсут- ствие зашкаливания стрел- ки амперметра при включе- нии электрофакельного устройства свидетельствует о замыкании спирали тер- мореле Неисправное термореле заменить
Стрелка амперметра при включенном электрофакельном устройстве находится на нулевом делении
Перегорание факельных свечей или отсутствие кон- такта в цепи электроснаб- жения Включение электрофакель- ного устройства и провер- ка наличия напряжения на выводах всех его элемен- тов, начиная со штифтовых свечей Неисправные факельные свечи заменить. Нарушен- ные контакты в цепи элек- троснабжения свечей вос- становить
164
Причины неисправности Способ обнаружения Способ устранения
Наличие паров топлива при отсутствии факела
Недостаточная температу- ра нагревательного элемен- та факельной штифтовой свечи Проверка времени загора- ния контрольной лампы Проверка плотности акку- муляторной батареи акку- муляторным пробником Проверка надежности кон- такта в местах соединения выводов батареи и нако- нечников Проверка силы тока, по- требляемого факельной свечой, по амперметру и сравнение с нормирован- ным значением Неисправное термореле заменить Разряженную батарею за- рядить, неисправную от- править в ремонт Выводы батареи и наконеч- ников проводов зачистить мелкозернистой шлифо- вальной шкуркой, соедине- ния затянуть и смазать тех- ническим вазелином Неисправную факельную свечу заменить
Заниженный расход топли- ва в факельной свече Проверка расхода топлива в свече и степени загрязне- ния топливного фильтра и жиклера свечи Промыть в бензине и про- дуть сжатым воздухом топ- ливный фильтр и жиклер свечи. Неисправную свечу заменить
Отсутствие факела и паров топлива
Нарушение герметичности топливной системы элек- трофакельного устройства Проверка герметичности топливной системы Подтянуть соединения топ- ливопроводов. Неисправ- ные детали топливной сис- темы заменить
Топливо не проходит через факельную свечу По отсутствию паров топ- лива во впускном патрубке при работе свечи Промыть в бензине и про- дуть сжатым воздухом топ- ливный фильтр и жиклер свечи
Срыв пламени факельной свечи при одновременной работе электрофакельного устройства и дизеля
Недостаточное давление в топливной системе Проверка давления в топ- ливной системе на стенде и состояния клапана-жикле- ра и перепускного клапана Отрегулировать давление открытия клапанов набо- ром шайб
Преждевременное закры- тие топливного клапана Проверка времени замкну- того состояния контактов термореле и сравнение с нормированным значением Неисправное реле заменить
165
Устройства для подачи пусковой жидкости
Широкое распространение при пуске получил способ использования
легковоспламеняющихся жидкостей, которые содержат компоненты с
низкой температурой самовоспламенения и отличаются большим
разнообразием составов. Пусковая жидкость ’’Арктика” состоит из
диэтилового эфира (45-60 %) с температурой самовоспламенения
180-205 °C, газового бензина (35-55 %), изопропилнитрата (1-1,5 %),
различных промежуточных продуктов оксидирования (до 10 %) и
противоизносных, противозадирных и антиокислительных присадок
(около 2,5 %). В состав пусковой жидкости ’’Холод Д-40” входят
диэтиловый эфир (58-62 %), изопропилнитрат (13-17 %) и масло для
судовых газовых турбин (8-12 %).
Пусковая жидкость подается непосредственно в цилиндры двигателя
вместе с основным топливом или с помощью специальных приспособле-
ний во впускной трубопровод. Последний способ удобнее и экономичнее.
Работа устройств для подачи пусковой жидкости во впускной
трубопровод основана на пневматическом или механическом распыли-
вании жидкости и ее дальнейшем
испарении. Использование пусковой
жидкости и маловязкого загущенного
масла позволяет обеспечивать пуск
двигателя до температуры -30 °C при
вращении коленчатого вала с часто-
той 40-55 мин'1.
Автоматическое управление по-
дачей пусковой жидкости возможно
в устройствах, основанных на аэро-
зольном распыливании. Аэрозольное
пусковое приспособление с электро-
магнитным приводом приведено на
рис. 5. Пусковая жидкость находится
Рис. 5. Аэрозольное пусковое приспособление
с электромагнитным приводом:
1 - регулировочный винт; 2 - нажимной
подпятник; 3 - складывающиеся дуги; 4 - ось
дужек; 5 - кронштейн крепления; 6 - эмульси-
онная трубка; 7- электромагнит; 8 - магнито-
провод; 9 - пластинчатый клапан; 10 - трубо-
провод; 11 - форсунка; 12 - резиновый уплот-
нитель; 13 - аэрозольный баллон
166
под давлением в аэрозольном баллоне 13 с клапанным устройством. В
качестве вытесняющего газа применяют пропан, бутан и другие газы,
давление которых незначительно зависит от температуры. Аэрозольное
пусковое устройство устанавливают с помощью кронштейна 5 в отсеке
двигателя в легкодоступном для смены баллона месте.
Управление приспособлением дистанционное, из кабины водителя.
При включении электромагнита 7 якорь перемещается вниз, нажимает
эмульсионной трубкой на шток клапана аэрозольного баллона и
одновременно открывает проход для аэрозоля в трубопровод 10 через
пластинчатый клапан 9. К форсунке 11 распылителя, расположенной во
впускном трубопроводе двигателя, аэрозоль поступает через эмульсион-
ную трубку 6 и внутреннюю полость якоря электромагнита 7.
Один аэрозольный баллон может обеспечить 8—10 пусков двигателя
при температуре -30 °C. При установке в приспособление верхнюю часть
нового баллона совмещают с корпусом и прижимают к нему опорной
пятой, перемещающейся по дугам 3, с помощью регулировочного винта
1. Уплотнение в стыке баллона корпусом обеспечивается резиновым
уплотнителем 12.
Электрические подогреватели
Электрические подогреватели используются для подогрева жидкости
в системе охлаждения двигателя, масла в картере, топлива в топливной
системе и электролита аккумуляторной батареи. По способу превращения
электрической энергии в тепловую их подразделяют на нагреватели
индукционные, полупроводниковые, электродные, резисторов,
инфракрасные излучатели и т.д. Наибольшее распространение получили
нагреватели резисторов, однако все большее внимание уделяется
полупроводниковым.
Требованиям электробезопасности на автомобиле в наибольшей
степени удовлетворяют герметичные трубчатые электронагреватели
(ТЭНы). ТЭН представляет собой металлическую оболочку в виде трубки
из жаропрочного материала любой формы, внутри которой запрессована
спираль из нихромовой проволоки, изолированная от оболочки
наполнителем с высокой теплопроводностью (периглаз).
На двигателе установка ТЭНов не всегда возможна, поэтому их часто
размещают в теплообменнике (котле). Такие теплообменники можно
устанавливать вместо индивидуальных предпусковых подогревателей,
работающих на жидком топливе. Для уменьшения потерь теплоты и
расхода электроэнергии поверхность котла покрывают теплоизоляцион-
ным материалом.
167
Рис. 6. Электрический подогреватель и его элементы:
а - электронагреватель моторного масла; б- электронагреватель охлаждающей жидкости;
в - общий вид электроподогревателя; 7 - изолятор с выводом; 2 - стержень; 3 - нихромовая
спираль; 4 - корпус; 5 - распорное кольцо; 6 - наружный электрод; 7 - внутренний
электрод; 8 - изолятор; 9 - выводы; 10 - патрубки; 77 - прокладка; 72 - изолятор; 13 -
нагревательный элемент; 14 - теплообменник
Разработано множество различных конструкций теплообменников
и схем подогрева охлаждающей жидкости и масла. Перспективной
считается схема, в которой нагретая жидкость из котла электрическим
насосом подается в водораспределительные каналы блока цилиндров и
одновременно в теплообменник, расположенный в масляном картере.
Подогрев топлива осуществляется непосредственно электронагревателя-
ми или с помощью промежуточного теплоносителя.
Электронагреватели компактны, надежны в работе, обладают
достаточным быстродействием, требуют минимальных затрат на
техническое обслуживание. При использовании ТЭНов возможна
автоматизация процесса подогрева. Электронагреватели можно
применять не только как средство предпускового подогрева двигателя,
но и в течение всего периода межсменной стоянки автомобиля.
Конструкции электронагревателей моторного масла, охлаждающей
жидкости и общий вид электроподогревателя приведены на рис. 6.
Предпусковой подогреватель
Двигатель может быть оборудован индивидуальным предпусковым
подогревателем. Подогрев картерного масла, блока цилиндров и
подшипников коленчатого вала перед пуском позволяет уменьшить
вязкость моторного масла, облегчить его прокачиваемость по смазочной
168
Рис. 7. Схема подключения подогревателя
ПЖД-30 на двигателе КамАЗ-740:
1 - поддон двигателя; 2 - гидравлический
насос; 3 - выпускной трубопровод подо-
гревателя; 4 - свеча зажигания; 5 - горел-
ка; 6 - форсунка; 7 - электромагнитный
топливный клапан; 8 - воздушный топ-
ливный клапан; 9- котел подогревателя;
10 - патрубок для подвода жидкости от
подогревателя к блоку цилиндров; 11 и 13
- патрубки для отвода жидкости из блока
цилиндров двигателя в подогреватель;
12 - топливный фильтр тонкой очистки;
14 - топливный бак; 15 - топливопровод;
16 - топливный насос с редукционным
клапаном; 7 7-электродвигатель насосно-
го агрегата; 18 - вентилятор
системе и, тем самым, уменьшить
момент сопротивления вращению
и износ деталей двигателя при пуске. С другой стороны, подогрев
головки и стенок блока цилиндров и впускного трубопровода улучшает
условия смесеобразования и воспламенения топливовоздушной смеси
и способствует снижению минимальной пусковой частоты вращения
коленчатого вала.
Индивидуальные предпусковые подогреватели отличаются по типу
теплоносителя, обеспечивающего передачу теплоты двигателю,
потребляемому топливу и степени автоматизации рабочего процесса.
Подогреватели должны быть пожаробезопасными. Не допускаются вылет
пламени во время выпуска газов из котла в установившемся режиме
работы, скопление топлива в котле подогревателя как в период розжига
котла, так и после его остановки. Система предпускового подогрева
двигателя с жидкостным охлаждением должна надежно работать при ее
заполнении жидкостью, замерзающей при низких температурах, и водой.
Дизельный подогреватель ПЖД-30 устанавливают на автомобилях
семейства КамАЗ и ЗИЛ-133ГЯ. Образование, воспламенение и сгорание
топливовоздушной смеси происходит в съемной горелке 5 (рис. 7) котла
9. Первоначально воспламенение топливовоздушной смеси осуществляет-
ся свечой зажигания 4, высокое напряжение к которой подводится от
транзисторного коммутатора. Топливо из топливного бака 14 подается
к горелке 5 топливным насосом 16 и распыливается форсункой 6. Расход
топлива регулируется редукционным клапаном топливного насоса 16.
169
Рис. 8. Электрическая схема управле-
ния подогревателем ПЖД-30
В электромагнитном клапане 7
и в форсунке 6 предусмотрены
фильтры тонкой очистки.
Электромагнитный топлив-
ный клапан конструктивно
объединен с штифтовой элек-
трической свечой и установлен
на горелке.
Воздух под напором пода-
ется в горелку вентилятором 18. Для обеспечения циркуляции жидкости
между котлом 9 подогревателя и водяной рубашкой блока цилиндров
в предпусковой период в насосный агрегат включен гидравлический
насос 2. Привод гидравлического, воздушного и топливного насосов
осуществляется от одного электродвигателя 17.
Электрическая схема предусматривает возможность дистанционного
управления подогревателем. В схеме используется переключатель 5
(рис. 8), имеющий четыре положения. Электродвигатель М насосного
агрегата и электронагреватель ЕК топлива, потребляющие токи большой
силы, включаются переключателем 5 через реле К1 и К2.
Для приведения в действие подогревателя переключатель 5 из
положения I (все выключено) устанавливают в положение II, включая
электродвигатель М насосного агрегата и электронагреватель ЕК
топлива. Через 15—20 с переключатель переводят в нефиксируемое
положение III. В этом положении включаются электромагнитный клапан
YA и транзисторный коммутатор. После подключения транзисторного
коммутатора к источнику питания через первичную обмотку L1 катушки
зажигания проходит ток заряда конденсатора С. Индуктируемая при
этом ЭДС в управляющей обмотке L2 открывает транзистор VT1. Сила
тока в первичной обмотке и ЭДС в управляющей обмотке возрастают.
Конденсатор С разряжается через открытый транзистор VT1. Когда сила
тока в первичной обмотке не индуктируется, транзистор закрывается.
Сила тока в первичной обмотке и магнитный поток резко уменьшаются
и во вторичной обмотке L3 катушки зажигания индуктируется ЭДС,
достаточная для пробоя искрового промежутка свечи зажигания EV.
Стабилитроны VD1 и VD2 обеспечивают защиту транзистора VT1 от
перенапряжений.
При установившемся горении, признаком которого является
равномерный гул в котле подогревателя, после снятия усилия с рукоятки
переключателя она автоматически переходит в положение IV, при
котором транзисторный коммутатор отключается, а электродвигатель
М насосного агрегата продолжает работать.
170
Тема 7. Электронные системы
управления двигателем
Лекция 20. Автоматическое управление топливоподачей.
Экономайзеры принудительного холостого хода
Основные принципы управления двигателем
Автомобильный двигатель представляет собой сложную систему,
состоящую из отдельных подсистем: топливоподачи, зажигания,
охлаждения, смазочной и т.д. Все подсистемы связаны друг с другом. При
функционировании они образуют единое целое.
Управление двигателем нельзя рассматривать в отрыве от управления
автомобилем. Скоростные и нагрузочные режимы работы двигателя
зависят от скоростных режимов движения автомобиля в различных
условиях эксплуатации, которые включают в себя разгоны и замедления,
движения с относительно постоянной скоростью, остановки.
Водитель, воздействуя на дроссельную заслонку, изменяет скоростной
и нагрузочный режимы двигателя. Выходные характеристики двигателя
при этом зависят от состава топливовоздушной смеси и угла опережения
зажигания, управление которым обычно осуществляется автоматичес-
кими системами (рис. 1).
Рис. 1. Схема управления автомобильным двигателем:
ЭСАУ - электронная система автоматического управления; КП - коробка передач; Va -
скорость движения автомобиля
171
Входные
параметры
Случайные
Рис. 2. Схема двигателя как объекта управления
Схема двигателя как объекта автоматического управления приведена
на рис. 2.
Входные параметры (угол открытия дроссельной заслонки <р угол
опережения зажигания 0, цикловой расход топлива Сти другие) - это те
параметры, которые влияют на протекание рабочего цикла двигателя.
Их значения определяются внешними воздействиями на двигатель со
стороны водителя или системы автоматического управления, поэтому
они называются также управляющими.
Выходные параметры, которые называются управляемыми, характери-
зуют состояние двигателя в рабочем режиме. К ним относятся: частота
вращения коленчатого вала п, вращающий момент Ме, показатель
топливной экономичности ge и токсичность отработавших газов
(например, содержание СО), а также многие другие.
Кроме входных управляющих параметров на двигатель во время его
работы воздействуют случайные возмущения, которые мешают
управлению. К случайным возмущениям можно отнести изменение
параметров состояния внешней среды (температура Т, давление
окружающей среды р, влажность), свойств топлива и масла и т.д.
Для двигателя внутреннего сгорания характерна периодическая
повторяемость рабочих циклов. Как объект управления двигатель
считается нелинейным, так как реакция на сумму любых внешних
воздействий не равна сумме реакций на каждое из воздействий в
отдельности. Учитывая, что двигатель в условиях городской езды
работает на нестационарных режимах, возникает проблема оптимально-
го управления им. Возможность оптимального управления двигателем
на нестационарных режимах появилась с развитием электронных систем
управления.
Из-за сложности конструкции, наличия допусков на размеры деталей
двигатели одной и той же модели имеют различные характеристики.
172
Кроме того, по конструктивным параметрам (степень сжатия, геометрия
впускного и выпускного трубопроводов и т.д ) отличаются и отдельные
цилиндры многоцилиндрового двигателя.
Автомобильный двигатель представляет собой многомерный объект
управления, так как число входных параметров у него больше одного
и каждый входной параметр воздействует на два и более выходных. В
таком случае система управления также должна быть многомерной.
Чрезвычайно широкое распространение автомобильных двигателей
предопределило и большое разнообразие их конструкций. Естественно,
это приводит к многовариантности систем управления. Так, если в
карбюраторных системах топливоподачи практически не используется
электроника, то современные системы впрыскивания топлива создаются
только на основе управления электронными системами.
С другой стороны, развитие электронных систем управления может
стимулировать появление новых конструктивных решений проектируе-
мых двигателей.
Экономичность двигателя может быть значительно повышена
благодаря электронному управлению его системой тепливоподачи.
Система электронного впрыскивания позволяет обеспечить строго
дозированную подачу топлива в зависимости от режима работы
двигателя. Перспективным является совмещение электронного
управления впрыскиванием топлива и зажиганием. Широко распростра-
нена система автоматического управления экономайзером принудитель-
ного холостого хода (САУ ЭПХХ).
Системы автоматического управления экономайзером принуди-
тельного холостого хода
Принципы работы САУ ЭПХХ. При движении в городских условиях
18—25 % времени двигатель работает на режиме принудительного
холостого хода.
Двигатель работает в режиме принудительного холостого хода при
торможении двигателем, переключении передач, движении автомобиля
накатом и т.д. В этих случаях дроссельная заслонка карбюратора закрыта
(педаль управления дроссельной заслонкой полностью отпущена),
частота вращения коленчатого вала двигателя превышает частоту
вращения коленчатого вала на холостом ходу.
На принудительном холостом ходу коленчатый вал двигателя
вращается за счет кинетической энергии автомобиля. Автомобиль
движется с включенной передачей и отпущенной педалью управления
дроссельной заслонкой, поэтому двигатель расходует топливо, не
выполняя полезной работы. В режиме принудительного холостого хода
173
5
Рис. 3. Размещение датчиков положения дроссельной заслонки на карбюраторе:
1 - ограничитель хода рычага дроссельных заслонок; 2 - рычаг привода дроссельных
заслонок; 3 - рычаг микровыключателя; 4 - микровыключатель; 5 - винт крепления
от двигателя не требуется отдача мощности, а сгорание топливовоздуш-
ной смеси приводит только к загрязнению окружающей среды. В
результате быстрого закрытия дроссельной заслонки топливовоздушная
смесь переобогащается и токсичность отработавших газов увеличивается.
Для снижения расхода топлива, уменьшения токсичности отработав-
ших газов на автомобилях применяют электронные САУ ЭПХХ, которые
в режиме принудительного холостого хода прекращают подачу топлива.
В состав САУ ЭПХХ входит электронный блок управления,
электромагнитные клапаны и концевой выключатель карбюратора. В
качестве датчиков положения дроссельной заслонки используется
микровыключатель или датчик-винт (рис. 3).
САУ ЭПХХ работает следующим образом (рис. 4). Для определения
режима принудительного холостого хода служат датчики частоты
вращения коленчатого вала двигателя и положения дроссельной
заслонки. Информация о частоте вращения коленчатого вала поступает
в блок управления ЭПХХ с катушки зажигания (с первичной обмотки).
Если дроссельная заслонка открыта, контакты микровыключателя
замкнуты. При закрытой дроссельной заслонке его контакты разомкну-
ты.
Блок
- управления
ЭПХХ
Электромагнит
пневмоклапана
(электромагнит-
ный клапан)
Двигатель
Датчик
тоты враще- J
частоты
ния коленчатого
вала
Датчик
положения
дроссельной
заслонки
Рис. 4. Схема САУ ЭПХХ
174
При режиме принудительного холостого хода электронный блок дает
управляющий сигнал на закрытие электромагнитного клапана. При
этом подача топлива через систему холостого хода прерывается. После
окончания режима принудительного холостого хода открывается
дроссельная заслонка и частота вращения коленчатого вала увеличивает-
ся за счет работы главной дозирующей системы карбюратора. При
достижении определенной частоты вращения коленчатого вала
электронный блок подает управляющий сигнал на электромагнитный
клапан. Начинается подача топлива через систему холостого хода
карбюратора.
САУ ЭПХХ грузовых и легковых автомобилей несколько отличаются
по алгоритму управления, схеме и конструктивному исполнению.
Принципиальные схемы электронных блоков управления ЭПХХ
легковых и грузовых автомобилей зависят от закона управления
электромагнитным клапаном карбюратора.
САУ ЭПХХ легковых автомобилей. САУ ЭПХХ автомобилей ВАЗ
моделей 2105 и 2107 содержит блок управления 25.3761, электромагнит-
ный клапан 1902.3741 и микровыключатель 421.3709.
Структурно блок управления 25.3761 (рис. 5) состоит из компараторов
и цепей обратной связи. Блок управления обеспечивает прекращение
подачи топлива при закрытой дроссельной заслонке и частоте вращения
коленчатого вала двигателя выше 1500 мин"1. Подача топлива в режиме
принудительного холостого хода прерывается иглой ЭПХХ, перемещение
которой осуществляется пневматической системой, управляемой
электромагнитным клапаном.
При работающем двигателе импульсы напряжения от системы
зажигания (от прерывателя или катушки зажигания), пропорциональные
частоте вращения коленчатого вала, подаются на вход Х4 блока
управления и далее на входной делитель напряжения R1 и R2, диод VD1,
конденсатор С2 и базу транзистора VT1. Проходящий через конденсатор
С2 ток заряда открывает транзистор VT1, который переводит в открытое
состояние транзистор VT2. Транзисторы VT1 и VT2 будут находиться
в открытом состоянии до тех пор, пока не произойдет полный разряд
конденсатора СЗ. После закрытия транзисторов VT1 и VT2 начинает
работать схема преобразования частоты.
В интервале между входными импульсами конденсатор СЗ заряжается
через резисторы R4 и R5 до напряжения, значения которого тем больше,
чем больше временной интервал между импульсами зажигания.
Напряжение конденсатора СЗ подается на вход компаратора, собранного
на транзисторах VT3 и VT4. Опорное напряжение с делителя напряжения
R9, R10 подается на другой вход компаратора, которым является вывод
базы транзистора VT3. Опорное напряжение составляет только часть
175
ВАЗ
Рис. 5. Блок управления 25.3761 САУ ЭПХХ легковых автомобилей ВАЗ моделей 2105 и
2107:
DA1-DA3 - микросхемы
напряжения питания блока управления, стабилизированного стабилитро-
ном VD2.
К выходу компаратора через резистор R11 подключена база
транзистора VT6. Если частота вращения коленчатого вала двигателя
станет меньше заданного порогового значения, напряжение на
конденсаторе СЗ превысит опорное напряжение, транзисторы VT3 и VT4
переходят в открытое состояние, на резисторе R12 появится выходное
напряжение компаратора, которое переведет в открытое состояние
транзисторы VT6, VT7 и VT8. При этом конденсатор С7 начинает
заряжаться, на короткий промежуток времени откроется транзистор VT9.
Через коллектор-эмиттерные переходы транзисторов VT8 и VT9 пройдет
ток базы транзистора VTIO, который переведет составной транзистор
VT10 и VTll в открытое состояние.
При переходе транзистора VT11 в открытое состояние открывается
и транзистор VT5. Параллельно резистору R10 подключаются резисторы
R15, R16, поэтому опорное напряжение снижается, чем обеспечивается
гистерезис в работе блока управления: напряжение на его выходе вновь
появляется при уменьшении частоты вращения коленчатого вала до
1100 мин’1. Наличие гистерезиса способствует более четкому срабатыва-
176
нию блока управления. Возобновление подачи топлива при более низкой
частоте вращения коленчатого вала в сравнении с пороговым значением
(1500 мин-1) повышает устойчивость работы двигателя. Резисторы R15,
R16 совместно с транзистором VT5 образуют жесткую обратную связь.
Таким образом, если частота вращения коленчатого вала двигателя
меньше порогового значения, на выводе XI штекерного разъема
создается напряжение, приблизительно равное напряжению бортовой
сети, и электромагнитный клапан YA при любом положении дроссельной
заслонки находится во включенном состоянии. Под действием разреже-
ния во впускном трубопроводе, подводимого к игле ЭПХХ через
включенный электромагнитный клапан, игла отжимается и открывает
доступ топлива в канал системы холостого хода.
Когда частота вращения коленчатого вала двигателя равна или выше
порогового значения, напряжение на выходе блока управления снижается
до нуля. Если при этом дроссельная заслонка полностью закрыта,
обмотка электромагнитного клапана через цепь микровыключателя S1
обесточивается. Разрежение на иглу ЭПХХ не действует, и она перекры-
вает подачу топлива. Открытие дроссельной заслонки и снижение
частоты вращения коленчатого вала ниже заданного порогового
значения вновь приводят к включению электромагнитного клапана и
возобновлению подачи топлива.
При наличии в цепи электромагнитного клапана YA короткого
замыкания (вывод XI штекерного разъема замкнут на массу) после заряда
конденсатора С7 составной транзистор VT10, VT11 перейдет в состояние
отсечки, что предохранит его от перегрузки. При отсутствии короткого
замыкания в цепи клапана YA составной транзистор через переход
эмиттер-коллектор транзистора VT11 и через резистор R21 подает на
базу транзистора VT9 напряжение бортовой сети, чем обеспечивается
самоблокирование схемы. Находящийся в открытом состоянии составной
транзистор VT10, VT11 соединяет вывод XI штекерного разъема с
выводом "+" (вывод Х2) блока управления, обеспечивая срабатывание
электромагнитного клапана.
Схема блока управления ЭПХХ 25.3761 и соединения САУ ЭПХХ,
собранного на микросхемах К425НК2 и К425НК1, приведена на рис. 6.
В блок управления 50.3761 (рис. 7), применяемый на автомобилях
ВАЗ-2108, входной сигнал с первичной обмотки катушки зажигания
подается на вывод 4 микросхемы DA1. На выводе 3 микросхемы DA1
формируются импульсы постоянной длительности, частота повторения
которых соответствует частоте входных сигналов от катушки зажигания.
На транзисторах VT1 и VT2 построен ключ, который во время действия
импульса на входе микросхемы DA1 разряжает времязадающий
7 — 6222
177
Рис. 6. Схема блока управления ЭПХХ 25.3761 и соединения САУ ЭПХХ:
DA1 - микросхема К425НК2; DA2 - микросхема К425НК1; С1 - К73-9-100Б-0Д5 мкФ;
С2 - К22-5-М470 пФ; R1 - С2-29В-0Д25 Ом; R2 - МЛТ-0,125-3,3 кОм; R3 -
МЛТ-0,125-1,6 кОм; R4 - МЛТ-0,125-8,2 кОм; R5 - МЛТ-0,125-100 кОм; R6 -
МЛТ-0,5-560 Ом; VD1 - Д814Г1; VD2-VD6-КД-522 В; VT1, ИТ5-КТ315Г; VT2, VT3-
КТ203БМ; VT4 - КТ3102Б; VT6 - КТ814Г; S1 - микровыключатель (датчик положения
дроссельной заслонки); 7 - катушка зажигания; 2 - электропневмоклапан; XI, Х2, ХЗ, Х4-
выводы блока управления ЭПХХ
Рис. 7. Схема блока управления ЭПХХ 50.3761:
DA1- микросхема К425НК2; DA2 - микросхема К425НК1; С1 - К73-9-100В-0,15 мкФ; R1 -
С2-29В-0Д25 Ом; R2 - МЛТ-0,125-3,3 кОм; R3 - МЛТ-0,125-1,6 кОм; R4 - МЛТ-
0,125-8,2 кОм; R5, R10-МЛТ-0,125-100 кОм; R6-МЛТ-0,5-560 Ом; R7, R8-МЛТ-0,125-
3,3 кОм; R9 - МЛТ-0,5-560 Ом; VD1, VD6 - Д814Г1; VD2-VD5 - КД522Б; VD7-VD9 -
КД522Б; VT1, VT5, VT6, И77-КТ315Г; VT2, УТЗ-КТШЕМ-, ГТ4-КТ3102Б; VT8-
КТ814Г; S1 - микровыключатель; 1 - катушка зажигания; 2 - электропневмоклапан; XI,
Х2, Х4, Х5, Х6 - выводы блока управления ЭПХХ
178
конденсатор Cl. В паузе между импульсами конденсатор С1 заряжается
через резисторы R1 и R2. Максимальное напряжение, до которого
заряжается конденсатор С1, увеличивается с уменьшением частоты
сигнала.
На транзисторах VT3 и VT4 построен пороговый элемент (компара-
тор). Когда напряжение на конденсаторе С1 превысит опорное
напряжение, равное примерно 8 В, эти транзисторы открываются.
Таким образом, при уменьшении частоты входного сигнала ниже
порогового значения конденсатор С1 успевает зарядиться до напряжения,
превышающего опорное напряжение порогового элемента. При этом
транзисторы VT3 и VT4 открываются и через микросхему DA2 на базу
транзистора VT6 подается сигнал, который его открывает. На электро-
магнитный клапан через транзистор VT8 подается напряжение питания.
При закрытой дроссельной заслонке штекер Х5 соединен с массой
через контакты S1 датчика положения дроссельной заслонки. Входное
напряжение на электромагнитном клапане зависит от частоты импульсов
на входе блока управления. При отключении штекера Х5 от массы
(дроссельная заслонка открыта) закрывается транзистор VT7, а
транзистор VT5 открывается. Соответственно открывается выходной
транзистор VT8. При этом вывод "+" от источника электроснабжения
будет постоянно подключен к электромагнитному клапану независимо
от частоты входного сигнала.
Блок управления отключает электромагнитный клапан от бортовой
сети и прерывает подачу топлива при частоте вращения коленчатого вала
выше 2100 мин"1 и замыкании на массу вывода Х5 штекерного разъема
через микровыключатель S1. Напряжение на клапане появляется при
уменьшении частоты вращения коленчатого вала ниже 1900 мин"1.
Формирование сигналов управления электромагнитным клапаном
в блоках управления 1402.3733, 1422.3733, 1432.3733 происходит
следующим образом (рис. 8). Если дроссельная заслонка закрыта, с
первичной обмотки катушки зажигания 1 на вход транзисторного ключа,
собранного на транзисторе VT1, поступают импульсы напряжения с
частотой, пропорциональной частоте вращения коленчатого вала. При
наличии импульса транзисторный ключ открывается и конденсатор С2
разряжается. В интервале между входными импульсами конденсатор С2
заряжается. С уменьшением частоты вращения коленчатого вала время
заряда и напряжение на выводах конденсатора С2 увеличиваются. Когда
частота вращения коленчатого вала больше порогового значения,
напряжение на выводах конденсатора С2 мало, транзисторы VT2, VT4,
VT5, VT6 закрыты и напряжение на электромагнитный клапан 2 не
подается. Клапан закрывается. Подача топлива в двигатель прек-
ращается.
7*
179
Рис. 8. Схема блоков управления ЭПХХ 1402.3733,1412.3733,1422.3733,1432.3733 и схема
соединений САУ ЭПХХ:
R1 - МЛТ-0,5-10 кОм; R2 - МЛТ-0,125-2 кОм; R3, R4, R6-МЛТ-0,125-4,2 кОм; R5 - МЛТ-
0,125-510 кОм; R7 - МЛТ-0,125-62 кОм; R8, R9 - МЛТ-0,125-2 кОм; R10 - С2-36-0Д25-
3,01 кОм; R11 - СПЗ-16а-1,0 кОм; R12 - С2-36-0,125-4,32 кОм; R13 - МЛТ-0,125-2 кОм;
R14-МЛТ-0,125-4,3 кОм; R15 - МЛТ-0,125-200 кОм; R16-МЛТ-0,5-200 Ом; R17-МЛТ-
0,125-200 Ом; R18 - МЛТ-0,125-4,3 кОм; R19 - МЛТ-0,125-10 кОм; R20 - МЛТ-0,125-
100 кОм; R21 - МЛТ-0,125-200 Ом; R22 - МЛТ-1-330 Ом; R23 - МЛТ-0,125-10 кОм; С1 -
КМ-56-Н90-0,068 мкФ; С2-К73-11-250В-0,47 мкФ; СЗ - КМ-56-Н90-0,068 мкФ; С4-К53-
14-10В-15 мкФ; С5 - КМ-56-Н90-0,068 мкФ; Ш7-КС162А; VD2, VD3, ИТМ-КД103А;
VD5 - Д814Б; VD6, VD7 - КД103А; VD8 - КС533А; VD9 - КД103А; VD10 - КД105Б;
KT7-K73-КТ3102Б; ГТ4-КТ3107Б; ГГ5-КТ3102Б; ИТ6-КТ814В
Когда частота вращения коленчатого вала меньше порогового
значения, конденсатор С2 в интервале между импульсами успевает
зарядиться до напряжения, превышающего опорное напряжение
компаратора, собранного на транзисторах VT2, VT4. Транзисторы VT2,
VT4 переходят в открытое состояние и открывают транзисторы VT5 и
VT6. Через переход эмиттер-коллектор транзистора VT6 напряжение
бортовой сети подводится к электромагнитному клапану. Клапан
срабатывает и обеспечивает подачу топлива.
При нажатии на педаль управления дроссельной заслонкой контакты
микровыключателя S1 замыкаются и электромагнитный клапан будет
постоянно подключен к бортовой сети независимо от сигналов блока
управления, т.е. независимо от частоты вращения коленчатого вала.
180
Лекция 21. Электронные системы управления
зажиганием и ЭПХХ
САУ ЭПХХ грузовых автомобилей
На грузовых автомобилях применяются САУ ЭПХХ с ограничителем
и без ограничителя максимальной частоты вращения коленчатого вала
двигателя.
САУ ЭПХХ грузовых автомобилей без ограничителя максимальной
частоты вращения коленчатого вала состоит из электронного блока
управления, двух электромагнитных клапанов (по числу камер карбюра-
тора) и неподвижного контакта. При включении электромагнитных
клапанов, расположенных на карбюраторе, подача топлива в каналы
системы холостого хода полностью прекращается.
САУ ЭПХХ перекрывает подачу топлива, если одновременно
выполняются три условия:
• температура охлаждения жидкости двигателя выше 65 °C;
• дроссельная заслонка закрыта (педаль управления дроссельной
заслонкой полностью отпущена);
• частота вращения коленчатого вала двигателя превышает 1000 мин" \
САУ ЭПХХ без ограничения максимальной частоты вращения
коленчатого вала двигателя приведена на рис. 1. От датчика температуры
подается сигнал на вывод Х2, Цепь неподвижного контакта S1 замкнута,
если дроссельная заслонка полностью закрыта. При любом другом
положении дроссельной заслонки эта цепь разомкнута.
Импульсы напряжения, частота следования которых пропорциональ-
на частоте вращения коленчатого вала двигателя, поступают от
коммутатора системы зажигания через резисторы Rl, R6 и диод VD1 и
заряжают конденсатор С2. Во время заряда конденсатора С2 транзистор
VT3 открыт. Через открытый переход коллектор-эмиттер транзистора
VT3 разряжается конденсатор С5. Заряд конденсатора С5 осуществляется
через резисторы R8 и R9 в интервале между импульсами напряжения
от системы зажигания, когда транзистор VT3 закрыт.
С помощью транзистора VT3, конденсатора С5 и резисторов R8* и
А9* частота следования импульсов преобразуется в напряжение.
Напряжение заряда конденсатора С5 возрастает с увеличением
временного интервала между импульсами напряжения, поступающими
от системы зажигания. Напряжение заряженного конденсатора С5 будет
тем больше, чем меньше частота следования импульсов и, следовательно,
частота вращения коленчатого вала двигателя.
181
IZ
Рис. 1. САУ ЭПХХ без ограничения максимальной частоты вращения коленчатого вала
двигателя
Напряжение с выводов конденсатора С5 подается на неинвертирую-
щий вход 10 компаратора DA1, собранного на микросхеме К140УД1 А.
На инвертирующий вход 9 компаратора с делителя RIO, R11 подается
опорное напряжение, составляющее только часть напряжения бортовой
сети. Опорное напряжение поддерживается постоянным с помощью
стабилитрона VD3. Если напряжение на неинвертирующем входе
компаратора превышает опорное напряжение на инвертирующем входе,
на выходе компаратора появляется положительный потенциал,
открывающий транзистор VT4,
Когда частота вращения коленчатого вала ниже заданного порогово-
го значения, напряжение на конденсаторе С5 выше опорного напряже-
ния. Настройка блока управления на заданное пороговое значение
частоты вращения коленчатого вала осуществляется подбором
резисторов R8 и R9*.
На неинвертирующий вход 10 второго компаратора DA2, также
собранного на микросхеме К140УД1 А, подводится сигнал от датчика
температуры охлаждающей жидкости. Опорное напряжение с делителя
R15, R16, R17 подается на инвертирующий вход 9 компаратора DA2.
Если температура охлаждающей жидкости опускается ниже 65 °C,
напряжение на неинвертирующем входе 10 компаратора DA2 превышает
опорное напряжение и на его выходе появляется положительный
182
потенциал, который открывает транзистор VT4. На транзисторе VT4
реализуется схема ’’ИЛИ”. Он открыт, если к его базе подводится
напряжение или от компаратора DA1, или от компаратора DA2, или от
обоих компараторов одновременно.
Когда транзистор VT4 открыт, через резистор R24 ток поступает к
переходу база-эмиттер транзистора VT5, который открывается и
шунтирует усилитель на транзисторах VT6, VT7, управляющий
электромагнитными клапанами. В открытом состоянии транзисторы VT4
и VT5 препятствуют включению электромагнитных клапанов.
Транзисторы VT2 и VT3 обеспечивают самоблокирование транзисто-
ра VT4. Проходящий через открытый транзистор VT4 и резистор R 7 ток
открывает транзистор VT2. Транзистор VT2 шунтирует переход эмитгер-
база транзистора VT3, который закрывается и делает компаратор DA1
невосприимчивым к импульсам системы зажигания.
Транзистор VT4 самоблокируется только при замкнутой цепи
неподвижного контакта S1. Если же эта цель размыкается, то транзистор
VT4 разблокируется. Через резистор R22 переход база-эмиттер
транзистора VT1 смещается в прямом направлении. Транзистор VT1
открывается, транзистор VT2 закрывается и транзистор VT3 может
воспринимать импульсы от системы зажигания.
При разомкнутой цепи неподвижного контакта S1 транзистор VT5
находится в открытом состоянии под действием тока, проходящего через
резисторы R22 и R23, и препятствует включению электромагнитных
клапанов. Если дроссельная заслонка закрывается, цепь неподвижного
контакта S1 замыкается, база транзистора VT5 через резистор R23 и
вывод XI штекерного разъема соединяется с массой, что приводит к его
закрытию.
Когда частота вращения коленчатого вала выше порогового значения,
температура охлаждающей жидкости двигателя выше 65 °C и дроссель-
ная заслонка закрыта, транзисторы VT4 и VT5 находятся в закрытом
состоянии, поэтому при первом же положительном импульсе от системы
зажигания током заряда конденсатора С1 открывается транзистор VT8
и следом на ним транзисторы VT6 и VT7. Обмотки электромагнитных
клапанов подключаются к бортовой сети через переход эмиттер-
коллектор транзистора VT7, и подача топлива прекращается. Ток базы
транзистора VT6 протекает через эмиттер-коллекторный переход
транзистора VT7 и схема включения электромагнитных клапанов
самоблокируется. Клапаны остаются во включенном состоянии, даже
если транзистор VT8 закрылся после прекращения заряда конденсатора
С7.
Открытие дроссельной заслонки или уменьшение частоты вращения
коленчатого вала двигателя приводит к открытию транзистора VT5,
183
запиранию транзисторов VT6, VT7 и отключению питания электромаг-
нитных клапанов. Подача топлива по каналам системы холостого хода
карбюратора возобновляется.
Электронный блок управления имеет защиту от аварийных режимов
и опасных для него внешних воздействий. Стабилитрон VD3 совместно
с резистором R13 и конденсатором С4 поддерживает напряжение питания
блока постоянным и защищает компараторы от перенапряжений.
Конденсатор С7 и резистор R18 защищают вход 10 компаратора DA2 от
перенапряжений и от аварийного режима, возникающего при обрыве
провода, идущего от датчика температуры к выводу Х2 блока управле-
ния. Диод VD6 защищает транзистор VT6 от обратного напряжения,
стабилитрон VD7 с резистором R28 защищает транзисторы VT6 и VT7
от импульсов перенапряжений, стабилитрон VD2 обеспечивает защиту
от перенапряжений по цепи подачи сигнала от системы зажигания.
Защиту от ложных срабатываний при ’’дребезге” контактов прерывателя
системы зажигания обеспечивают конденсатор С2 и резистор R2.
При коротком замыкании в цепи питания электромагнитных клапанов
шунтируется переход база-эмиттер транзистора VT6, транзисторы VT6
и VT7 закрываются, что обеспечивает защиту транзистора VT6 от
перегрузки.
САУ ЭПХХ с ограничителем максимальной частоты вращения
коленчатого вала для автомобилей также состоит из блока управления,
двух электромагнитных клапанов и неподвижного контакта. Электромаг-
нитные клапаны через выходные транзисторы VTIO, VT11 соединяются
с выводом ”+” (рис. 2) блока управления.
Способ измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя
исключает влияние на результаты измерений погрешностей исполнения
и степени изнашивания контактов и кулачка прерывателя, а также их
’’дребезга”.
Один интервал между сигналами, поступающими от коммутатора
системы зажигания, используется для заряда времязадающего конденса-
тора С4, а следующий интервал - для его полного разряда. Далее процесс
повторяется. Частота вращения коленчатого вала определяется как
средняя за его два оборота, что соответствует прохождению в блок
управления восьми импульсов.
Каналы управления ЭПХХ и ограничения максимальной частоты
вращения коленчатого вала аналогичны по схемному решению, они
работают следующим образом.
Сигналы от системы зажигания подводятся к выходу Х5 и далее через
формирователь импульсов VD1, R4, R9, Rll, R14, Cl, VT2 поступают на
счетные входы С счетчиков DD1.2 и DD2.2. С выхода 11 счетчика DD2.2
с уменьшенной вдвое частотой отпирающие и запирающие
184
Рис. 2. САУ ЭПХХ с ограничителем максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя
сигналы, действующие попеременно, через резистор R9 подаются на базу
транзистора VT3. Запирающий импульс соответствует отсутствию
напряжения на выходе 11 делителя DD2.2. При запирающем импульсе
конденсатор С4 заряжается через резисторы R16, R17, R18. Чем меньше
частота вращения коленчатого вала двигателя, тем больше временной
интервал между двумя следующими друг за другом импульсами от
системы зажигания, и выше напряжение заряда конденсатора С4. Таким
образом реализуется преобразование частоты следования импульсов в
напряжение заряда конденсатора С4.
Напряжение с конденсатора С4 через согласующий повторитель DA1.1
подается на входы компараторов DA1.3. DA1.4, где сравнивается с
опорным напряжением, формируемым делителем напряжения на
резисторах R20, R21 и R22.
Значение опорного напряжения на компараторе DA1.3 в канале
управления ЭПХХ соответствует настройке ЭПХХ на пороговую частоту
вращения коленчатого вала 1000 мин-1. Опорное напряжение на
компараторе DA 1.4 обеспечивает срабатывание ограничителя максималь-
ной частоты вращения коленчатого вала при ее пороговом значении
3200 мин-1. Если напряжение конденсатора С4 больше опорного, то на
выходах компаратора DA1.3 или DA1.4 и, следовательно, на входе С
счетчика DDL 1 или DD2.1 появляется импульс напряжения.
С выходов 14 делителей частоты на восемь DD1.2 и DD2.2 подается
сигнал на входы R счетчиков DD1.1, DD1.2 и DD2.1, DD2.2. Это
обеспечивает сбрасывание показаний счетчиков до исходных значений
после прохождения восьми импульсов от системы зажигания. Таким
образом задается время измерения частоты вращения коленчатого вала,
соответствующее двум его оборотам. Если частота вращения коленчатого
вала двигателя меньше пороговой частоты срабатывания ограничителя
максимальной частоты вращения коленчатого вала, на выходе 4 счетчика
DD2.1 появится напряжение, которое через диод VD3 и резистор R33
подается на базу транзистора VT7. Транзистор VT7 шунтирует переход
база-эмиттер транзистора VT9, предотвращая возможность перехода
транзисторов VT9 и VT11 в открытое состояние, включения электромаг-
нитных клапанов и прекращения подачи топлива.
Конденсатор С9 некоторое время удерживает транзисторы VT9 и
VT11 в закрытом состоянии. Временная задержка транзисторов VT9 и
VT11 в закрытом состоянии превышает продолжительность импульса
с выхода 14 счетчика DD2.2, открывающего транзисторы VT9 и VT11.
Этот импульс появляется при очередном сбросе счетчика частоты DD2.2
в исходное состояние и проходит к транзисторам VT9 и VT11 по цепочке
R35, VT6nR4L
186
Когда частота вращения коленчатого вала выше пороговой частоты
срабатывания ограничителя максимального значения, сигналы на
выходах DА 1.4 и DD2.1 отсутствуют. Транзистор VT7 закрыт, поэтому
по первому сигналу с выхода счетчика DD2.2 транзисторы VT6, VT9,
VT11 перейдут в открытое состояние, и электромагнитные клапаны
перекроют подачу топлива. При этом система ограничения максималь-
ной частоты вращения коленчатого вала через резисторы R42 и R43
самоблокируется и электромагнитные клапаны будут находиться во
включенном состоянии до тех пор, пока частота вращения коленчатого
вала не уменьшится и с выхода 4 счетчика DD2.1 не поступит сигнал на
открытие транзистора VT7.
Система управления ЭПХХ с компаратором DA1.3, счетчиками DDL 1,
DD1.2 и транзисторами VT4, VT3, VT8, VT10 работает аналогично,
однако дополнительными условиями прекращения подачи топлива этой
системой являются увеличение температуры охлаждающей жидкости
свыше 65 °C и перевод дроссельной заслонки в закрытое состояние. С
помощью компаратора DA1.2 анализируется информация, поступающая
от неподвижного контакта S1 и датчика температуры через выводы XI
и Х2 штекерного разъема блока управления. Неподвижный контакт S1
при закрытой дроссельной заслонке соединяет вывод XI блока
управления с массой. При выполнении этих условий на выходе 1
компаратора DA1.2 появляется сигнал, который переводит транзистор
VT1 в закрытое состояние. Если указанные условия не выполняются,
транзистор VT1 открыт и заряд конденсатора С4 осуществляется через
параллельно соединенные резисторы R15 и R17, R18. Постоянная
времени цепи заряда конденсатора С4 уменьшается, а возможность
срабатывания электромагнитных клапанов блокируется транзистором
VT7, находящимся в открытом состоянии.
Для снижения автоколебаний электромагнитные клапаны в системах
управления ЭПХХ и ограничителя максимальной частоты вращения
коленчатого вала срабатывают не одновременно, а с некоторым сдвигом
по частоте вращения коленчатого вала двигателя. О срабатывании
электромагнитных клапанов сигнализируют контрольная лампа,
подключенная параллельно клапану YA2 через вывод Х8 штекерного
разъема, и свечение светодиодов VD6, VD7, которое просматривается
через прозрачный пластмассовый корпус блока управления. В схеме
предусмотрена автоматическая защита от коротких замыканий и
перенапряжений в цепи электроснабжения.
Микропроцессорная система управления зажиганием и ЭПХХ
В микропроцессорной системе управления зажиганием и ЭПХХ на
вход контроллера 8 (рис. 3) поступают сигналы от датчиков частоты
187
Рис. 3. Схема соединений микропроцессорной системы управления зажиганием и ЭПХХ:
1 - распределитель; 2 - катушка зажигания; 3 - резервное устройство (вибратор); 4 -
коммутатор; 5 - указатель температуры охлаждающей жидкости; 6 - электромагнитные
клапаны ЭПХХ; 7 - выключатель зажигания; 8 - контроллер; 9 - датчик положения
дроссельной заслонки; 10 - датчик начала отсчета; 11 - датчик угловых импульсов
вращения коленчатого вала двигателя, температуры охлаждающей
жидкости и положения дроссельной заслонки, а также от датчика
нагрузки контроллера, к которому из смесительной камеры карбюратора
подается разрежение. Контроллер на выходе формирует сигнал
управления клапанами ЭПХХ.
При частоте вращения коленчатого вала двигателя более 1100 мин" \
температуре охлаждающей жидкости более 60 °C, полностью прикрытой
дроссельной заслонке (педаль управления дроссельной заслонкой
отпущена) или разрежении в смесительной камере карбюратора более
74,7 кПа (560 мм рт. ст.) контроллер включает электромагнитные
клапаны, которые перекрывают каналы подачи топлива в систему
холостого хода карбюратора (режим торможения двигателем).
Устройство блока управления ЭПХХ
Монтаж блока управления ЭПХХ (рис. 4) выполнен на печатной плате
2, расположенной внутри пластмассового корпуса 7. Для охлаждения
силового транзистора VT7 к нему прижата пластина-теплоотвод 4.
Штекерная колодка выполнена как одно целое с крышкой 3 блока,
имеющей шесть щелей для прохода штекеров. Крышка блока крепится
188
Рис. 4. Блок управления ЭПХХ
к корпусу двумя шурупами. Блок управления крепится к кузову
автомобиля за два пластмассовых ушка, выполненных как одно целое
с корпусом.
Устройство электромагнитного клапана
Электромагнитный клапан (рис. 5) выполнен неразборным. Клапан
герметичен, что препятствует попаданию влаги в его внутреннюю
полость. При подаче напряжения на катушку 7 электромагнита якорь
Рис. 5. Электромагнитный клапан:
а - внешний вид; б - устройство; 1 - запорное кольцо; 2 - стопорное кольцо; 3 - пружина;
4 - корпус; 5 - якорь; 6 - втулка; 7 - катушка электромагнита; 8 - кожух; 9 - крышка;
10 - штекер; 11 - упор
189
5 притягивается к упору 77, а запорное кольцо 7 перекрывает доступ
топлива по каналу системы холостого хода карбюратора. При отключе-
нии от источника питания якорь возвращается в исходное состояние под
действием пружины 3.
Лекция 22. Электронные системы управления
топливоподачей
Карбюраторы с электронным управлением
Типичный пример карбюратора с электронным управлением -
карбюратор с системой ’’Экотроник’’ (рис. 1). Система ’’Экотроник” -
устройство, сохраняющее стехиометрический состав горючей смеси
(коэффициент избытка воздуха а = 1) на рабочих режимах, обеспечиваю-
щее оптимальный состав смеси па режимах пуска, прогрева двигателя,
отключение подачи топлива на принудительном холостом ходу, а также
поддержание заданной частоты вращения коленчатого вала в режиме
холостого хода. Система ’’Экотроник” получает питание от бортовой сети
автомобиля.
Система "Экотроник" обеспечивает согласованное управление
дроссельной и воздушной заслонками. Так, при пуске двигателя
установочное устройство приоткрывает дроссельную заслонку на угол,
Рис. 1. Карбюратор с электронным управлением системы "Экотроник":
1 - трехкомпонентный каталитический нейтрализатор; 2 - датчик кислорода; 3,4- датчики
соответственно температуры и положения дроссельной заслонки; 5 - привод воздушной
заслонки; 6 - электропневматический привод дроссельной заслонки первичной камеры;
7- блок управления
190
при котором обеспечивается максимальное значение частоты вращения
коленчатого вала в режиме холостого хода. Воздушная заслонка
закрывается до положения, обеспечивающего холостой пуск двигателя.
После пуска двигателя дроссельная заслонка автоматически устанавлива-
ется в положение, которое зависит от температуры охлаждающей
жидкости. По мере прогрева установочные устройства постепенно
закрывают дроссельную заслонку и открывают воздушную.
В режиме принудительного холостого хода дроссельная заслонка
закрывается в большей степени по сравнению с нормальным ее
положением при данной температуре охлаждающей жидкости.
Образование горючей смеси прекращается. При работе двигателя под
нагрузкой дроссельная заслонка приоткрывается до положения, при
котором подача горючей смеси в цилиндры возобновляется. По такому
же принципу обеспечивается прекращение подачи горючей смеси при
калильном зажигании после выключения зажигания.
Для поддержания стехиометрического состава горючей смеси
используется сигнал датчика кислорода (Л-зонда), который устанавлива-
ется в выпускном трубопроводе. Установочное устройство при этом
изменяет положение воздушной заслонки. Воздушная заслонка
приоткрывается, если при работе двигателя на обогащенной горючей
смеси датчик кислорода фиксирует отсутствие свободного кислорода в
отработавших газах двигателя.
Электронный блок управления (ЭБУ), представляющий собой
микропроцессор с постоянным запоминающим устройством, имеет
устройства ввода информации, синтеза информации и вывода команд
управления. Аналоговая информация от датчика положения дроссельной
заслонки и датчика кислорода преобразуется в цифровую. Частота
вращения коленчатого вала определяется путем преобразования
временного интервала между двумя последовательными импульсами
системы зажигания. В постоянном запоминающем устройстве записаны
данные опорных точек для установочных устройств положения
воздушной и дроссельной заслонок, частоты вращения коленчатого вала,
температуры охлаждающей жидкости.
После обработки информации выходные сигналы усиливаются и
подаются на исполнительные механизмы.
Применение карбюратора с электронным управлением позволяет
поддерживать оптимальный состав горючей смеси и оптимальное
наполнение цилиндров на различных режимах работы двигателя,
повысить топливную экономичность и уменьшить содержание токсичных
веществ в отработавших газах, повысить надежность системы топливопо-
дачи, а также облегчить техническое обслуживание в эксплуатации.
Однако и эта система не всегда адаптируется к режимам работы
двигателя.
191
Рис. 2. Классификация способов впрыска топлива
Электронные системы впрыска топлива
Применение системы впрыска топлива взамен традиционных
карбюраторов обеспечивает повышение топливной экономичности и
снижение токсичности отработавших газов. Они позволяют в большей
степени по сравнению с карбюраторами с электронным управлением
оптимизировать процесс смесеобразования. Однако следует отметить,
что системы впрыска топлива сложнее систем топливоподачи с
использованием карбюраторов из-за большего числа подвижных
прецизионных механических элементов и электронных устройств и
требуют более квалифицированного технического обслуживания в
эксплуатации.
По мере развития систем впрыска топлива на автомобили устанавли-
вались механические, электронные и цифровые системы. К настоящему
времени структурные схемы
систем впрыска топлива в
основном стабилизирова-
лись. Классификация спосо-
бов впрыска топлива пока-
зана на рис. 2. Структурная
схема системы впрыска топ-
лива с программным управ-
лением приведена на рис. 3.
Рис. 3. Структурная схема системы
впрыска топлива с программным
управлением
192
Электронные системы распределенного впрыска топлива
При распределенном впрыске топливо подается в зону впускных
клапанов каждого цилиндра группами форсунок без согласования
момента впрыскивания с процессами впуска каждого цилиндра
(несогласованное впрыскивание) или каждой форсункой в определенный
момент времени, согласованный с открытием соответствующих впускных
клапанов цилиндров (согласованный впрыск). Системы распределенного
впрыска топлива позволяют повысить приемистость автомобиля,
надежность пуска, ускорить прогрев и увеличить мощность двигателя.
При распределенном впрыске топлива появляется возможность
применения газодинамического наддува, при этом конструкция
впускного трубопровода становится более разнообразной. Однако у
таких систем по сравнению с центральным впрыском больше погреш-
ность дозирования топлива из-за малых цикловых подач. Идентичность
составов горючей смеси в цилиндрах в большей степени зависит от
неравномерности дозирования топлива форсунками, чем от конструк-
ции впускной системы.
На рис. 4 показана система "L-Джетроник" распределенного впрыска
топлива. Электрический топливный насос 2 подает топливо из бака 1
через фильтр 3 в распределительную магистраль 4, в которой с помощью
стабилизатора 5 поддерживается постоянный перепад давления на входе
и выходе топлива из форсунок 7. Стабилизатор перепада давления
поддерживает постоянным давление впрыска и обеспечивает возврат
избыточного топлива обратно в бак. Этим обеспечивается циркуляция
топлива в системе и исключается образование паровых пробок. Из
распределительной магистрали топливо поступает к рабочим форсункам,
которые подают его в зону впускных клапанов. Количество впрыскивае-
мого топлива задается электронным блоком управления (БУ) 6 в
зависимости от температуры, давления и объема поступающего воздуха,
частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя. Учитывается
также температура охлаждающей жидкости.
Объем поступающего воздуха является основным параметром,
определяющим дозирование топлива. Воздух поступает в цилиндры через
измеритель 12 расхода воздуха и впускной трубопровод. Воздушный
поток, поступающий в двигатель, отклоняет заслонку измерителя расхода
воздуха на определенный угол. При этом с помощью потенциометра
электрический сигнал, пропорциональный углу поворота заслонки,
подается в блок управления, который определяет необходимое
количество топлива и выдает на электромагнитные клапаны импульсы
управления моментом впрыскивания топлива. Электронная схема
управления дозированием топлива получает питание от аккумуляторной
батареи 20 и начинает работать при включении зажигания.
193
Рис. 4. Система впрыска топлива "L-Джетроник":
1 - топливный бак; 2 - насос; 3 - фильтр; 4 - распределительная магистраль; 5 -
стабилизатор перепада давления; 6 - электронный блок управления; 7 - форсунка с
электромагнитным управлением; 8 - пусковая форсунка; 9 - винт регулирования частоты
вращения вала на холостом ходу; 10 - датчик положения дроссельной заслонки; 11 -
дроссельная заслонка; 12 - измеритель расхода воздуха; 13 - реле; 14 - датчик кислорода;
15, 16, 17- датчики; 18 - регулятор частоты вращения вала на холостом ходу; 19 - винт
измерителя расхода воздуха; 20 - аккумуляторная батарея; 21 - выключатель зажигания
и системы впрыска
Независимо от положения впускных клапанов, форсунки впрыскива-
ют топливо за один или два оборота коленчатого вала двигателя. Если
впускной клапан в момент впрыска топлива закрыт форсункой, топливо
накапливается в пространстве перед клапаном и поступает в цилиндр при
следующем его открытии одновременно с воздухом. Схема расположения
форсунки при впрыске топлива в зону впускного клапана показана на
рис. 5.
Количество поступающего к цилиндрам двигателя воздуха регулиру-
ется дроссельной заслонкой 11 (см. рис. 4), управляемой водителем. В
системе предусмотрен измеритель 12 расхода воздуха на холостом ходу,
расположенный около дроссельной заслонки. Он обеспечивает
дополнительную подачу воздуха при холодном пуске и прогреве
двигателя. По мере прогрева двигателя, начиная с температуры охлаж-
194
Рис. 5. Схема расположения форсунки
при впрыске топлива в зону впускного
клапана:
1 - электромагнитная форсунка; 2 -
впускной трубопровод; 3 - впускной
клапан
SSSSSSSSSSSSSS
дающей жидкости 50-70 °C,
регулятор прекращает подачу
дополнительного воздуха. По-
сле этого при закрытой дрос-
сельной заслонке воздух поступает только через верхний байпасный
канал, сечение которого можно изменять винтом 9, что обеспечивает
возможность регулирования частоты вращения в режиме холостого хода.
Стабилизатор 5 перепада давления поддерживает постоянное
избыточное давление топлива относительно давления воздуха во
впускном трубопроводе. В этом случае цикловая подача топлива
форсункой 7 однозначно зависит от времени, в течение которого открыт
ее клапан. Следовательно, основной принцип электронного управления
впрыскиванием топлива заключается в широтной модуляции электричес-
кого импульса, управляющего форсункой при условии поддержания
постоянного перепада давления топлива.
Длительность импульсов управления временем впрыскивания топлива
форсункой корректируется в зависимости от температуры охлаждающей
жидкости по информации от датчика 75.
На режимах полного открытия дроссельной заслонки и разгона
автомобиля необходимо обогащение горючей смеси, что обеспечивается
электронным блоком управления по информации от датчика 10
положения дроссельной заслонки. При открытии заслонки контактная
система датчика 10 выдает импульсы, которые приводят к обогащению
смеси в режиме разгона автомобиля.
В датчике 10 положения дроссельной заслонки предусмотрена
контактная пара, от замкнутого или разомкнутого состояния которой
зависит отключение или включение топливоподачи в режиме принуди-
тельного холостого хода. Подача топлива прекращается при закрытой
дроссельной заслонке, когда частота вращения коленчатого вала
двигателя выше 1000 мин"1, и возобновляется при снижении частоты
вращения вала до 900 мин"1. При этом порог отключения подачи топлива
корректируется в зависимости от температурного состояния двигателя.
195
Рис. 6. Схема управления системой распределенного впрыска топлива "L-Джетроник":
1 - датчик температуры всасываемого воздуха; 2 - расходомер воздуха; 3 - датчик
дроссельной заслонки; 4 - корректор; 5 - датчик-распределитель зажигания; 6 - датчик
температуры охлаждающей жидкости; 7- термореле; 8 - электронный блок управления;
9 - блок реле; 10 - топливный насос; 11 - аккумуляторная батарея; 12 - выключатель
зажигания; 13 - рабочие форсунки; 14 - клапан добавочного воздуха; 75 - пусковая
форсунка
Для облегчения пуска холодного двигателя в системе предусмотрена
дополнительная пусковая форсунка 8, продолжительность открытия
которой зависит от температуры охлаждающей жидкости (датчик 16).
Пусковая форсунка представляет собой электромагнитный клапан с
вихревым центробежным распылителем.
Введенный в систему датчик кислорода обеспечивает поддержание
стехиометрического состава смеси.
Функциональная связь всех элементов системы "L-Джетроник”
распределенного впрыска топлива показана на рис. 6.
Применение системы впрыска топлива значительно усложняет схему
электрооборудования автомобиля. Электрическая схема соединений
системы впрыска топлива ’’L-Джетроник” приведена на рис. 7. Следует
отметить, что электрические схемы системы ’’L-Джетроник” отличаются
в зависимости от автомобиля, двигателя, установленного на нем, и года
выпуска автомобиля.
196
Рис. 7. Электрическая схема соединений системы впрыска топлива "L-Джетроник":
1 - разъем электронного блока управления; 2 - катушка зажигания; 3 - выключатель положения дроссельной заслонки;
4 - пусковая форсунка; 5 - реле пуска холодного двигателя (послестартовое реле); 6 - термореле; 7 - измеритель расхода
воздуха; 8 - датчик температуры поступающего воздуха; 9 - блок реле (питание системы впрыска и включение топливного
насоса); 10 - топливный насос; 11 - аккумуляторная батарея; 12 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 13-18 -
рабочие форсунки; 19 - дополнительные резисторы (вариант схемы "LE-Джетроник" без дополнительных резисторов показан
штриховыми линиями); 20- главная точка соединения с массой (шпилька крепления впускного коллектора)
Рис. 8. Система впрыска топлива "LH-Джетроник":
1 - топливный бак; 2 - топливный насос; 3 - топливный фильтр; 4 - топливный коллектор;
5 - стабилизатор перепада давления; 6 - блок управления; 7 - датчик кислорода; 8 -
форсунка с электромагнитным управлением; 9 - датчик температуры охлаждающей
жидкости; 10 - дроссельная заслонка; 77-датчик положения дроссельной заслонки;
72 - винт ручного регулирования частоты вращения вала на холостом ходу; 13 - регулятор
вращения вала двигателя, размещенный в корпусе распределителя системы зажигания; 14 -
термоанемометр; 75 - датчик частоты вращения вала двигателя, размещенный в корпусе
распределителя системы зажигания; 16 - аккумуляторная батарея; 17 - выключатель
зажигания; 18 - реле
На рис. 8 приведена схема системы впрыскивания топлива "LH-Джет-
роник", в которой измерение расхода воздуха осуществляется термоане-
мометром 14. Применение термоанемометра позволяет поддерживать
постоянным состав горючей смеси при изменении плотности воздуха.
Электронные системы центрального впрыска топлива
При центральном впрыске топливо подается одной форсункой,
устанавливаемой на участке до разветвления впускного трубопровода.
Существенных изменений в конструкции двигателя нет. Система
центрального впрыска практически взаимозаменяема с карбюратором
и может применяться на уже эксплуатируемых двигателях. При
центральном впрыске обеспечиваются большие точность и стабиль-
198
Рис. 9. Система центрального впрыска топлива:
а - общая схема системы; б - вариант дроссельного патрубка со стабилизатором давления
и перепуском воздуха для автоматического регулирования частоты вращения вала
двигателя на режиме холостого хода; 1 - топливный бак; 2 - топливный насос; 3 - фильтр;
4 - форсунка; 5, 14 - стабилизатор давления; 6 - электронный блок управления; 7, 8 -
датчики соответственно положения дроссельной заслонки и температуры охлаждающей
жидкости; 9 - корпус смесительной камеры; 10 - канал холостого хода; 11 - регулятор
системы холостого хода; 12 - подводящий топливный канал; 13 - канал отвода топлива
от стабилизатора давления; 75 - штекер электропитания форсунки; 16- форсунка; 17-
дроссельная заслонка
199
ность дозирования топлива. С целью повышения топливной экономич-
ности система центрального впрыска топлива сочетается с цифровой
системой зажигания. Конструкция системы центрального впрыска
существенно проще по сравнению с системой распределенного
впрыска.
На рис. 9 приведена система центрального впрыска топлива, вклю-
чающая в себя электронный блок управления на базе микропроцессора,
смесительную камеру с дроссельной заслонкой, форсунки, стабилизатор
давления, топливный насос с электроприводом, топливный фильтр,
датчик температуры охлаждающей жидкости, регулятор частоты
вращения в режиме холостого хода. Действие регулятора основано на
изменении положения дроссельной заслонки или перепуске воздуха в
обход дроссельной заслонки. После обработки информации от датчика
частоты вращения коленчатого вала микропроцессор формирует
управляющий сигнал, подаваемый на исполнительное устройство, в
качестве которого может быть использован шаговый электродвигатель.
Шаговый электродвигатель воздействует или на дроссельную заслонку,
или на клапан обводного канала. Как правило, все системы центрального
впрыска топлива имеют датчик кислорода, позволяющий адаптивно
поддерживать стехиометрический состав горючей смеси.
Лекция 23. Комплексные системы управления
зажиганием и впрыском топлива, электронные системы
управления двигателем
Комплексные системы управления двигателем
Регулятор давления системы впрыска топлива ”KE-Jetronic” (рис. 1)
обеспечивает его непрерывное распределение. Дозирование топлива
осуществляется по определенной программе и обеспечивается электро-
нным блоком управления (БУ). К дозатору топливо подводится под
постоянным перепадом давления, которое поддерживается стабилизато-
ром. Плунжер дозатора изменяет давление топлива, поступающего к
форсункам, в зависимости от расхода воздуха. Так как подача топлива
определяется давлением на входе в форсунку, последняя имеет постоян-
ное проходное сечение.
Программа дозирования топлива на некоторых режимах работы
двигателя (пуск, прогрев, разгон, полная нагрузка) может корректиро-
ваться по сигналам БУ, который получает информацию от соответствую-
щих датчиков. Корректор электрогидравлического типа может
200
увеличивать или уменьшать
давление топлива, устанавли-
ваемое основным дозатором.
В системе впрыска "KE-Jet-
ronic" топливо из бака 1
(рис. 2) насосом 2 через гидро-
аккумулятор 3 и фильтр 4 по-
дается к основному дозатору
10. Стабилизатор 5 перепускает
избыток топлива обратно в
топливный бак 7, поддерживая
давления на входе в дозатор 10
постоянным. Гидроаккумуля-
тор позволяет сохранить в
системе топливоподачи оста-
точное давление при неработа-
ющем насосе.
Топливо
Рис. 1. Схема системы впрыска топлива "КЕ-
Jetronic"
Рис. 2. Система впрыска топлива "KE-Jetronic":
1 - топливный бак; 2 - электрический топливный насос; 3 - гидроаккумулятор; 4 -
топливный фильтр; 5 - стабилизатор перепада давления топлива; 6 - электрогидравличес-
кий корректор; 7, 20 - верхние и нижние топливные камеры; 8 - кромка плунжера; 9 -
плунжер; 10- дозатор; 11, 72-пусковая и рабочая форсунки; 13, 77-датчики кислорода
и положения дроссельной заслонки; 14, 15 - датчики температуры охлаждающей жидкости;
16 - регулятор холостого хода; 18 - диск измерителя расхода воздуха; 19 - рычаг
измерителя расхода воздуха; 27 - аккумуляторная батарея; 22 - выключатель зажигания;
23 - БУ; 24 - блок реле
201
Подачу топлива дозирует цилиндрический плунжер 9, кинематически
связанный с диском 18 измерителя расхода воздуха. При перемещении
вверх или вниз плунжер 9 открывает своей кромкой 8 каналы для прохода
топлива к дифференциальным клапанам и далее по трубкам к форсункам
72, установленным около впускных клапанов цилиндров двигателя.
Топливо через форсунки подается непрерывной струей. Дозирующих
функций эти форсунки не выполняют. Основным командным параметром
для дозирования топлива в данной системе является массовый расход
воздуха.
Для впрыскивания дополнительного топлива при пуске двигателя
используется пусковая электромагнитная форсунка 77. Длительность
подачи топлива зависит от теплового состояния двигателя, информация
о котором поступает от датчика 75.
Управление дозированием топлива с учетом различных факторов
осуществляется электрогидравлическим корректором 6 и БУ 23 по
сигналам отдатчиков 15, 14, 17.
Электронное управление системой впрыска "KE-Jetronic" позволяет
автоматически поддерживать заданную частоту вращения коленчатого
вала в режиме холостого хода, ограничивать ее максимальное значение.
БУ работает с датчиком кислорода 13.
На автомобилях кроме микропроцессорных систем управления
зажиганием и экономайзера принудительного холостого хода (ЭПХХ)
применяются и комплексные системы управления зажиганием и
впрыском топлива. Принцип работы этих систем следующий. Датчики,
встроенные в двигатель, выдают информацию о режиме работы
двигателя: частоте вращения коленчатого вала, положении коленчатого
вала по углу поворота, абсолютном давлении во впуском трубопроводе,
положении дроссельной заслонки, температурах охлаждающей жид-
кости и воздуха. Сигналы интерфейсом БУ преобразуются из аналоговой
формы в цифровую. Затем данные сигналы в цифровой форме поступают
в процессор, где они после соответствующей обработки сравниваются
со значениями, заложенными в памяти БУ. Процессор выдает регулирую-
щий сигнал на исполнительные устройства. Для системы зажигания -
это транзисторный коммутатор, для системы впрыска топлива -
форсунки (основные и пусковые) и электробензонасос (ЭБН).
БУ 90.3761 (рис. 3) двигателем ЗМЗ-4024.10 содержит: аналого-
цифровые преобразователи давления во впускном трубопроводе (АЦП
/?к) и температуры охлаждающей жидкости (АЦП ТЖ), температуры
воздуха на впуске (АЦП ТВ); преобразователь аналогового сигнала
датчика положения дроссельной заслонки и изменения скорости
открытия и закрытия дроссельной заслонки (Д Д); компаратор включения
стартера; преобразователь сигналов датчиков начала отсчета (ДНО) и
202
АЦПРК
АЦП ТВ
АЦП ТЖ
Преобразо-
ватель ДД
Компаратор
включения
стартера
Устройство
впрыска
питания
Канал
впрыска
Устройство
управления
впрыском
Канал
впрыска
Коммутатор
пусковой
форсунки
Выходной
каскад
УОК, РК
Устройство
управления
реле бензо-
насоса
(УРБН)
Устройство
управления
углом
опережения
зажигания
(УУОЗ)
пусковой
форсункой
(УПФ)
Коммутатор
реле
36М
Вторичный |
источник I
питания j Интерфейс ! —------------
(ВИП) | ввода J_______Процессор ।
• Преобразо-
I ватель
! ДНО,ДУИ н,
Интерфейс вывода
Рис. 3. Схема БУ 90.3761 двигателя ЗМЗ-4024.10
угловых импульсов (ДУИ); вторичный источник питания (ВИП); устрой-
ства управления впрыском, пусковой форсункой, реле бензонасоса и
углом опережения зажигания (УУОЗ); интерфейс вывода; устройство
разделения каналов впрыска; коммутатор пусковой форсунки; коммута-
тор реле ЭБН; выходной каскад угла опережения зажигания (УОЗ) и
разделения каналов (РК) зажигания.
БУ 90.3761 обеспечивает:
включение ЭПХХ при углах открытия дроссельной заслонки более
(70±5)° за счет увеличения длительности впрыска топлива на 23 %;
управление пусковой форсункой при включении стартера и температу-
ре охлаждающей жидкости менее +20 °C;
управление реле ЭБН (включение реле на 2 с) при включенном
зажигании и неработающем двигателе;
постоянное включение реле при частоте вращения коленчатого вала
двигателя более 300 мин”1;
отключение реле при частоте вращения коленчатого вала менее
300 мин”1.
203
Топливо Датчики
Воздух
Рис. 4. Схема системы управления двигателем "Motronic"
Одновременное управление впрыском топлива и УОЗ обеспечивает
система управления "Motronic" (рис. 4), в которую могут быть включены
различные системы впрыска, например, "KE-Jetronic", "L-Jetronic" и др.
Состав горючей смеси и УОЗ с учетом условий работы двигателя
оптимизирует микропроцессорный БУ. Система управлений ""Motronic"
также выполняет функции ЭПХХ.
Для управления УОЗ в БУ 4 (рис. 5, а) подаются сигналы от датчиков
7 и 12 соответственно частоты вращения и положения коленчатого вала
двигателя. Обработка информации отдатчиков (рис. 5, б) осуществляется
в течение одного оборота коленчатого вала. БУ выбирает промежуточное
значение из двух ближайших точек каждой программы и подает сигналы,
управляющие подачей топлива и УОЗ. В запоминающем устройстве БУ
заложены оптимальные характеристики как для установившихся, так и
неустановившихся режимов работы двигателя.
Взаимосвязанное управление впрыском топлива и зажиганием
средствами электроники позволяет в большей степени приблизить
программу управления УОЗ к оптимальной. Диаграммы УОЗ, реализуе-
мые различными системами управления, показаны на рис. 6.
Количество впрыскиваемого топлива устанавливается БУ с учетом
информации от датчиков, измеряющих объем и температуру воздуха на
204
Рис. 5. Система зажигания в системе управления двигателем "Motronic" и датчики частоты
вращения и положения коленчатого вала:
1 - выключатель зажигания; 2 - катушка зажигания; 3 - распределитель; 4 - блок
управления комплексной системы; 5 - аккумуляторная батарея; 6 - постоянный магнит;
7-датчик частоты вращения коленчатого вала; 8 - картер маховика; 9- обмотка датчика;
10 - венец маховика; 77 - штырь указателя положения коленчатого вала; 12 - датчик
положения коленчатого вала
впуске, частоту вращения коленчатого вала, нагрузку двигателя и
температуру охлаждающей жидкости. Основным из этих параметров, от
которых зависит дозирование впрыскиваемого топлива, является расход
воздуха.
На рис. 7 приведена комплексная система управления двигателем "Mo-
tronic 1.1-1.3", а на рис. 8 - схема комплексной системы управления
двигателем автомобиля "Toyota". Ее центральной частью является
электронный БУ 24. На основании сигналов датчиков БУ рассчитывает
количество впрыскиваемого топлива для получения оптимального
Рис. 6. Диаграммы У 03, реализуемые различными системами управления:
а - системой "Motronic"; б - центробежно-вакуумным автоматом
205
Рис. 7. Комплексная система управления двигателем "Motronic 1.1-1.3":
1 - топливный бак; 2 - топливный насос; 3 - топливный фильтр; 4 - регулятор давления
топлива; 5 - распределитель зажигания; 6 - форсунка; 7- измеритель расхода воздуха; 8 -
клапан вентиляции; 9 - накопитель топлива с активированным углем; 10 - реле включения
топливного насоса; 11 - контроллер; 12 - выключатель (потенциометр); 13 - поворотный
регулятор холостого хода; 14 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 15 - датчик
частоты вращения коленчатого вала двигателя; 16- катушка зажигания
соотношения топлива и воздуха в горючей смеси. Количество впрыс-
киваемого топлива определяется временем открытия электромагнит-
ного клапана форсунки.
Основное время впрыска топлива - время для получения смеси с
теоретически необходимым коэффициентом избытка воздуха. Количество
воздуха, поступающего в цилиндр за цикл, рассчитывается БУ по данным
датчиков расхода воздуха и частоты вращения коленчатого вала
двигателя.
В системе предусмотрена коррекция времени срабатывания электро-
магнитной форсунки по напряжению питания (рис. 9, а), по температуре
охлаждающей жидкости во время прогрева двигателя (рис. 9, б), по
температуре воздуха на впуске (рис. 9, в).
При работе двигателя достигнуть высокой степени очистки
отработавших газов по компонентам СО, СН и NOX можно с помощью
трехкомпонентного нейтрализатора. Согласно приведенным на рис. 10
зависимостям состав горючей смеси по коэффициенту избытка
206
Рис. 8. Схема электронной системы управления двигателем автомобиля "Toyota”:
1 - ключ зажигания; 2 - разъем для подключения внешних средств диагностики; 3 - реле
включения; 4 - распределитель зажигания; 5 - катушка зажигания; 6 - датчик кислорода;
7 - датчик аварийного падения давления масла; 8 - датчик температуры охлаждающей
жидкости; 9 - датчик детонации; 10 - таймер прогрева; 11 - бак для топлива; 12 -
топливный насос; 13 - топливный фильтр; 14 - форсунка; 15 - редукционный клапан;
16 - датчик угла открытия дроссельной заслонки; 17 - форсунка холодного пуска; 18 -
шаговый двигатель системы управления частотой вращения коленчатого вала на холостом
ходу; 19 - клапан холостого хода; 20 - регулятор давления; 21 - датчик расхода воздуха;
22 - датчик температуры поступающего в двигатель воздуха; 23 - реле; 24 - электронный
блок управления; а, б - сигналы включения соответственно нейтральной передачи и
кондиционера; с - сигнал скорости автомобиля
воздуха а должен быть близок к стехиометрическому. Стабилизация
стехиометрического состава горючей смеси обеспечивается с помощью
датчика кислорода, устанавливаемого в выпускном трубопроводе.
Рис. 9. Коррекция впрыска:
а - по напряжению питания; б - по температуре охлаждающей жидкости во время
прогрева двигателя; в - по температуре воздуха на впуске
207
Рис. 10. Зависимость содержания вредных
веществ в отработавших газах от состава
горючей смеси
Рис. 11. Изменения частоты вращения
коленчатого вала в зависимости от темпе-
ратуры охлаждающей жидкости:
1 - прекращение подачи топлива; 2 -
начало подачи топлива
Система выполняет также функции
ЭПХХ. Изменения частоты вращения
коленчатого вала, при которых прекра-
щается и возобновляется подача топли-
ва, в зависимости от температуры
охлаждающей жидкости показаны на
рис. 11.
Количество топлива, впрыскиваемо-
го при пуске двигателя, определяется
температурой охлаждающей жидкости
(рис. 12).
-20 20 60
Температура охлаждающей
жидкости, °C
Рис. 12. Изменение времени впрыска
топлива при пуске двигателя в зависи-
мости от температуры охлаждающей
жидкости
Электронные системы управления дизелем
Электронное управление дизелем необходимо для уменьшения
количества токсичных веществ в отработавших газах, уменьшения
дымности, вибрации, уровня шума, оптимизации и стабилизации частоты
вращения коленчатого вала на холостом ходу и т.д. С помощью
электронного БУ, в котором обрабатывается информация о состоянии
двигателя, полученная от различных датчиков, выдаются управляющие
сигналы, обеспечивается оптимизация количества подаваемого топлива
и момента его впрыска.
Система управления дизелем автомобиля "Toyota" приведена на
рис. 13. Система обеспечивает управление количеством подаваемого
топлива, моментом начала подачи топлива, воздушной заслонкой,
208
Рис. 13. Система управления дизелем автомобиля "Toyota":
1 - специальный клапан управления; 2 - датчик угла поворота коленчатого вала; 3 - жиклер
для впуска топлива; 4 - корректирующий резистор; 5 - жиклер для выпуска топлива; 6 -
электромагнитный перепускной клапан; 7 - электромагнитный клапан; 8 - датчик
температуры поступающего в двигатель воздуха; 9 - система турбонаддува; 10, 16 -
клапаны; 77 - датчик воспламенения; 72-датчик температуры охлаждающей жидкости;
13 - датчик давления поступающего в двигатель воздуха; 14 - сигнал положения педали
подачи топлива; 15 - электронный БУ; 17 - воздушные заслонки; 18 - датчик частоты
вращения коленчатого вала
частотой вращения коленчатого вала на холостом ходу и свечой
накаливания.
Управление количеством подаваемого топлива осуществляется
электронным БУ на основании данных о частоте вращения коленчатого
вала и положении педали подачи топлива с учетом поправок на
температуру и давление воздуха на впуске, температуру жидкости и т.д.
Момент подачи топлива выбирается БУ по сигналам датчика
положения педали подачи топлива, давления воздуха на впуске.
Используя сигналы датчика воспламенения, установленного в камере
сгорания, БУ обеспечивает совпадение зарегистрированного момента
воспламенения с расчетным моментом.
Управляя воздушной заслонкой во впускном трубопроводе, можно
уменьшить вибрацию двигателя на холостом ходу и устранить вибрацию
при остановке двигателя. При отказах системы управления воздушная
заслонка автоматически наполовину открывается, что предотвращает
чрезмерно резкое увеличение частоты вращения коленчатого вала
двигателя.
8 — 6222
209
Получая информацию от различных датчиков, БУ обеспечивает
подачу такого количества топлива, чтобы частота вращения в режиме
холостого хода не отличалась от расчетной.
Сила тока свечей накаливания при пуске дизеля регулируется БУ в
зависимости от температуры охлаждающей жидкости и ряда других
параметров.
Лекция 24. Датчики электронных систем управления
двигателем
Измерители расхода воздуха
В измерителе расхода воздуха (рис. 1) воздушный поток воздействует
на измерительную заслонку 2, закрепленную на оси в специальном
канале. Воздействие воздушного потока на измерительную заслонку 2
уравновешивается пружиной. Демпферная камера 3 с пластиной 4,
выполненная как одно целое с измерительной заслонкой 2, служит для
гашения колебаний, вызванных пульсациями воздушного потока и
динамическими воздействиями, характерными для движущегося
автомобиля. На входе в измеритель расхода воздуха встроен датчик 7
температуры воздуха, поступающего в двигатель. Недостатком этого
измерителя расхода воздуха является наличие подвижных деталей.
Рис. 1. Измеритель расхода воздуха с датчиком температуры:
1 - обводной канал; 2 - измерительная заслонка; 3 - демпферная камера; 4 - пластина;
5 - потенциометр; 6 - винт качества (состава) горючей смеси в системе холостого хода;
7 - датчик температуры; 8 - контакт топливного насоса
210
6'
Рис. 2. Термоанемометрический измеритель расхода воздуха системы "LH-Jetronic”:
1 - прецизионный резистор; 2 - платиновая нить (измерительный элемент); 3 -
термокомпенсационный пленочный резистор; 4 - стабилизирующие решетки; 5 -
пластмассовый корпус; 6 - внутренний измерительный канал, в котором располагаются
элементы 7, 2, 3 (показаны в увеличенном виде)
Однако ионизационные, ультразвуковые, вихревые и термоанемометри-
ческого типа измерители расхода воздуха подвижных деталей не имеют.
Термоанемометрический измеритель расхода воздуха для системы
впрыска топлива "LH-Jectronic" представляет собой автономный блок,
устанавливаемый во впускном трубопроводе двигателя. Наиболее
ответственной частью термоанемометрического измерителя является
внутренний измерительный канал 6 (рис. 2), состоящий из пластмассо-
вых обойм, которые окружают несущие кольца. В кольцах расположены
нагреваемая платиновая нить 2 диаметром 100 мкм и термокомпенсаци-
онный пленочный резистор 3. Корпус 5 имеет камеру для размещения
электронного блока, который поддерживает постоянным перепад
температур нити и потока на уровне 150 °C путем регулирования силы
тока измерительного моста. Выходным параметром измерителя расхода
воздуха служит падение напряжения на прецизионном резисторе 1. На
входе и выходе канала 6 измерителя расхода воздуха установлены
защитные сетки, которые одновременно выполняют функции стабилизи-
рующих элементов.
На рис. 3 показан автомобильный термоанемометрический измери-
тель расхода воздуха с пленочным чувствительным элементом на твердых
керамических подложках.
8*
211
1
Рис. 4. Металлополимерный чувстви-
тельный элемент:
7 - измерительный терморезистор; 2 -
термокомпенсационный резистор; 3 -
полиамидный изоляционный материал
Рис. 3. Термоанемометрический измеритель
расхода воздуха с пленочным чувствитель-
ным элементом:
7 - корпус; 2 - датчик температуры воздуха;
3 - стабилизирующая решетка; 4 - внутрен-
ний измерительный канал; 5 - чувствитель-
ный элемент; 6 - электронная схема
Рис. 5. Термоанемометрический измеритель расхода
воздуха на основе металлополимерных чувствитель-
ных элементов:
7 - стабилизирующая решетка; 2 - канал; 3 - корпус;
4 - плата электронной схемы; 5 - датчик
Рис. 6. Чувствительный элемент
теплового измерителя расхода
воздуха с мостовым переключе-
нием терморезисторов:
7 - пластина; 2 - нагреватель-
ный элемент; 3 - терморезисто-
ры
Чувствительный элемент
включает измерительный 1
и термокомпенсационный
резисторы 2 (рис. 4). Пласт-
массовая рамка с чувстви-
тельным элементом разме-
щается в патрубке измери-
теля расхода воздуха. Тем-
212
пература перегрева измерительного терморезистора - 70 °C поддержива-
ется с помощью электронной схемы управления.
Термоанемометрический измеритель расхода воздуха на основе
металлополимерных чувствительных элементов приведен на рис. 5.
Рабочая решетка металлополимерного чувствительного элемента
(рис. 6) изготовляется из фольги методом фотолитографии. Чувствитель-
ный элемент содержит измерительный и термокомпенсационный
резисторы.
Измерители расхода топлива
Информация о расходе топлива на автомобиле необходима как для
бортовых систем контроля, так и для адаптивных систем управления
двигателем.
В электромеханических измерителях расхода топлива турбинного типа
(тахометрические) считывающим элементом при определении частоты
вращения турбин является светодиод инфракрасного излучения и
фоторезистор. В измерителе расхода топлива предусмотрены демпфирую-
щее устройство для гашения пульсаций потока, системы для удаления
воздушных пробок из потока топлива, а также система термокомпенса-
ции.
В одном из вариантов теплового измерителя расхода топлива датчик
представляет собой четыре терморезистора, соединенных в мостовую
схему и размещенных по периферии тонкой квадратной подложки. Поток
топлива омывает терморезисторы и в большей степени охлаждает те из
них, которые расположены перпендикулярно потоку. В диагонали моста
возникает разностный сигнал, фиксирующий расход топлива.
В системах впрыскивания следует учитывать количество топлива,
поступающего от форсунок или стабилизатора давления обратно в
топливный бак, влияние на показания измерителей пульсаций потока
топлива и вибрации двигателя.
Датчики давления
Датчики давления, в которых в качестве чувствительного элемента
используется мембрана 3 (рис. 7, а), имеют существенные недостатки:
наличие механических элементов и сравнительно большое число звеньев
в цепи передачи информации, что отрицательно влияет на точность и
надежность измерительной системы.
В бесконтактных индуктивных датчиках давления (рис. 7, б) при
перемещении чувствительного элемента изменяются воздушный зазор
в магнитопроводе, его магнитное сопротивление и индуктивность
213
Рис. 7. Датчики давления:
1 - потенциометр; 2 - корпус мембранного механизма; 3 - мембрана; 4 - рабочая пружина;
5 - шток; 6 - амортизатор; 7 - стальной магнитопровод; 8 - первичная обмотка; 9 -
мембранная камера; 10 - корпус; 11 - вторичная обмотка; 12 - электрические контакты;
13 - полупроводниковые тензорезисторы; 14 - контактные площадки
катушки, которая включена в измерительный мост. При разбалансировке
моста появляется электрический сигнал, поступающий в блок управле-
ния.
Применение микроэлектронной технологии позволило перейти к
полностью статическим конструкциям датчиков. На рис. 7, в показан
интегральный датчик давления с полупроводниковыми тензоэлементами.
Датчики температуры
В автомобильных системах контроля в качестве датчиков температу-
ры широко используются полупроводниковые терморезисторы,
размещаемые в металлическом корпусе с разъемом для включения
датчика в измерительную цепь.
214
В системах управления находят применение более совершенные типы
датчиков температуры, обладающие стабильностью и технологичностью,
малым технологическим разбросом номинального сопротивления,
высокой инерционностью, а также простотой конструкции. Это
интегральные датчики температуры, представляющие собой однокрис-
тальные термочувствительные полупроводниковые элементы с
периферийными схемами (усилители и т.д.). Выходным сигналом датчика
является напряжение. К таким датчикам относятся датчики на основе
термочувствительных ферритов и конденсаторов, в которых используют-
ся эффект влияния температуры на магнитную и диэлектрическую
проницаемость. Однако из-за сложности конструкции они нетехнологич-
ны.
По разным причинам (нетехнологичность, сложность конструкции,
высокая стоимость и т.д.) на автомобилях пока не находят применение
термоэлектрические датчики, датчики на основе кварцевых резонаторов
и многие другие.
Датчики положения и перемещения
Для определения положения дроссельной заслонки и угловой скорости
о (перемещения) коленчатого вала применяют датчики контактного типа.
Основой потенциометрического датчика является пленочный резистор
с несколькими контактными дорожками, с которыми контактируют
упругие токосъемные элементы. Токосъемные элементы связаны с осью
датчика и перемещаются вместе с ней. Токосъемные элементы обеспечи-
вают получение сигналов о резком открытии дроссельной заслонки,
режиме холостого хода двигателя, положении дроссельной заслонки
(полном ее открытии или близком к этому).
Основные требования к датчику положения дроссельной заслонки:
долговечность и стабильность работы при отсутствии дребезга
контактов. Эти требования выполняются за счет подбора износостойких
материалов дорожек и контактных площадок токосъемных элементов.
Электромеханические датчики контактного типа не имеют недостат-
ков бесконтактных датчиков, в частности оптоэлектронных датчиков
с кодирующим диском. Разрешающая способность кодирующего датчика
может быть меньше 1 ° угла его поворота за счет применения прецизион-
ных кодирующих дисков с прорезями или прозрачными площадками и
оптических или фотоэлектрических устройств. По разным сторонам
кодирующего диска установлены источники света и фоточувствительные
элементы (обычно фотодиоды). При его вращении свет попадает на
определенную комбинацию фотодиодов (фотоэлементов), что позволяет
однозначно определять угол поворота диска.
215
Рис. 8. Схема работы индуктивного датчика и связь его импульса с геометрическими
параметрами зуба:
1 - зубчатое колесо; 2 - зуб; 3 - магнитопровод из магнитомягкого материала; 4 -
индукционная катушка; 5 - постоянный магнит; А - зазор между зубом и магнитопроводом
датчика
Индуктивные датчики перемещения в электронных системах управ-
ления двигателем используются в основном для измерения частоты
вращения коленчатого или распределительного валов. Они предназначе-
ны также для определения верхней мертвой точки (ВМТ) первого
цилиндра или другой специальной метки, служащей началом отсчета с
целью синхронизации функционирования системы управления рабочим
процессом двигателя.
Индукционная катушка такого датчика размещена вокруг постоянно-
го магнита, полюс которого со стороны, обращенной к объекту
вращения, например, к зубчатому венцу маховика, имеет магнитопровод
из магнитомягкого материала. Магнитопровод установлен с небольшим
зазором относительно зубьев вращающегося зубчатого венца маховика.
При перемещении зубьев относительно магнитопровода величина
зазора Д между ними меняется (рис. 8). Это вызывает изменение
магнитной индукции и появление двухполярного электрического
импульса в индукционной катушке. Две пикообразных полуволны
импульса расположены симметрично относительно оси, проходящей
через нулевую точку, а нулевая точка соответствует центру каждого зуба,
что позволяет с большой точностью определить их положение.
Амплитуда выходного сигнала датчика зависит от размера воздушно-
го зазора между магнитопроводом и маркерным зубом и от скорости
216
63
Рис. 9. Индуктивный датчик:
1 - корпус; 2 - индукционная катушка; 3 - магнитопровод; 4 - магнит из феррита бария;
5 - пружинное кольцо; б - крышка со штекерами; 7- фланец
изменения магнитной индукции, на которую влияет скорость перемеще-
ния зуба.
Индуктивные датчики относятся к числу наиболее надежных датчиков
в электронных системах управления автомобильных двигателей (рис. 9).
Датчики детонации
Конструкции датчиков детонации
отличаются большим разнообрази-
ем, кроме того, они имеют разные
принципы работы, так как возможно
большое число признаков проявления
детонации.
Наиболее распространен способ
определения детонации с помощью
пьезокварцевого вибродатчика
(рис. 10), все элементы которого
крепятся к основанию 7, выполненно-
му из титанового сплава. Пьезоэлек-
трический преобразователь состоит
Рис. 10. Пьезокварцевый вибродатчик:
1 - основание; 2 - пьезоэлементы; 3 -
инерционная масса; 4 - латунная фольга;
5 - крышка; 6 - кабель
217
из двух включенных параллельно кварцевых пьезоэлементов. При
возникновении детонации (вибрации) инерционная масса 3 воздействует
на пьезоэлементы 2 с соответствующими частотой и усилием. В
результате пьезоэффекта появляется переменный сигнал, который
снимается с кварцевых пластин с помощью выводов из латунной
фольги 4.
Датчики кислорода (Л-зонды)
Известны два типа датчиков кислорода. В одном из них чувстви-
тельным элементом является диоксид циркония ZrO2, во втором -
диоксид титана TiO2. Оба типа датчиков реагируют на парциальное
давление кислорода.
Циркониевый датчик (рис. 11) имеет два электрода - внешний 4 и
внутренний 5. Электроды, выполненные из пористой пластины или ее
сплава, разделены слоем твердого электролита. Электролитом является
диоксид циркония ZrO2 с добавлением оксида иттрия У2О3 для
повышения ионной проводимости. Среда, окружающая внутренний
электрод, имеет постоянное парциальное давление кислорода. Внешний
электрод омывается потоком отработавших газов в выпускной системе
двигателя с переменным парциальным давлением кислорода. Ионная
Рис. 11. Схема циркониевого датчика
кислорода:
1 - электропроводное уплотнение; 2 -
корпус; 3 - твердый электролит; 4, 5 -
внешний и внутренний электроды
проводимость твердого электролита,
возникающая вследствие разности
парциальных давлений кислорода на
Рис. 12. Характеристика циркониевого
датчика кислорода
218
Рис. 13. Датчик кислорода на основе ZrO2:
I - металлический корпус; 2 - уплотнение; 3 - соединительный кабель; 4 - кожух; 5 -
контактный стержень; 6 - активный элемент из диоксида циркония; 7 - защитный колпачок
с прорезями
внешнем и внутреннем электродах, обусловливает появление разности
потенциалов между ними.
При низком уровне парциального давления кислорода в отработав-
ших газах, когда двигатель работает на обогащенного состава горючей
смеси (при коэффициенте избытка воздуха а > 1) датчик как гальваничес-
кий элемент генерирует высокое напряжение (700—1000 мВ). При переходе
на обедненного состава горючую смесь (а < 1) парциальное давление
кислорода в отработавших газах заметно увеличивается, что приводит
к резкому падению напряжения С/вых на выходных выводах датчика -
до 50-100 мВ. Такое резкое падение напряжения на выходе датчика
(рис. 12) при переходе от обогащенного к обедненному составу горючей
смеси позволяет определить ее стехиометрический состав с погрешностью
не более 0,5 %.
Конструкция датчика кислорода на основе диоксида циркония ZrO2
показана на рис. 13.
Принцип работы датчика кислорода на базе диоксида титана TiO2
(рис. 14) основан на изменении электропроводности TiO2 от парциально-
го давления кислорода в выпускной системе. Параллельно чувствительно-
му элементу 1 датчика подключен термистор для компенсации влияния
температуры на сопротивление соединения TiO2.
Рис. 14. Датчик кислорода на основе TiO2:
1 - чувствительный элемент; 2 - металлический корпус; 3 - изолятор; 4 - входные контакты;
5 - уплотнение; 6 - защитный кожух
219
Лекция 25. Исполнительные устройства систем
впрыска топлива. Техническое обслуживание
электронных систем топливоподачи
Электромагнитные форсунки
Работа электромагнитной форсунки связана с протекающими
одновременно гидравлическими, механическими, электромагнитными
и электрическими процессами, поэтому она является одним из наиболее
ответственных элементов в системе впрыска топлива.
Форсунки открываются автоматически, с их помощью осуществляют-
ся дозирование и распыливание топлива. Обычно форсунки разрабатыва-
ются для каждой модели автомобиля и двигателя; они постоянно
совершенствуются, поэтому можно отметить большое разнообразие их
конструкций.
Форсунки работают в импульсном режиме при частоте срабатывания
от 10 до 200 Гц в условиях вибрации двигателя, повышенных температур.
Форсунки должны обеспечивать линейность характеристики дозирования
топлива в пределах 2-5 % на протяжении всего срока службы (около
600 млн циклов срабатывания).
Сигнал на начало впрыскивания топлива подается на обмотку 7
(рис. 1) электромагнита, размещенную в металлическом корпусе. В
корпусе расположен также запирающий элемент 3 клапана, прижимае-
мый к седлу пружиной 5. Когда на обмотку
электромагнита от электронного блока управления
подается электрический импульс прямоугольной
формы определенной длительности, запирающий
элемент перемещается, преодолевая сопротивле-
ние пружины, и открывает отверстие распылите-
ля. Топливо поступает в двигатель. После прекра-
щения электрического сигнала запирающий
элемент под действием пружины возвращается в
седло. Количество впрыскиваемого топлива за
цикл при постоянном давлении на входе в форсун-
ку зависит только от длительности управляющего
импульса.
Рис. 1. Электромагнитная форсунка:
1 - обмотка электромагнита; 2 - якорь; 3 - запирающий
элемент; 4 - упор; 5 - пружина; 6 - магнитопровод; 7 - выводы;
8 - штуцер для топлива
220
Рис. 2. Диаграммы изменения электрических и механических параметров электромагнитной
форсунки:
т0 - фаза открытия клапана; , т' - периоды трогания с места и движения запирающего
элемента при открытии клапана; тос-фаза открытого состояния форсунки; т0Т,
тд"- периоды отпускания и движения запирающего элемента; ти - длительность
управляющего электрического импульса; Z, U - сила тока обмотки электромагнита и
напряжение на ее выводах; д - рабочий ход запирающего элемента; т3 - фаза закрытия
клапана
В действительности время открытого состояния клапана форсунки
не совпадает с длительностью управляющего импульса. После подачи
управляющего электрического импульса на форсунку в обмотке
электромагнита возникает ток самоиндукции, препятствующий
нарастанию магнитного потока в системе. Открытие клапана происходит
с задержкой по времени (рис. 2). При прекращении подачи управляющего
импульса в результате самоиндукции сохраняющийся магнитный поток
будет препятствовать быстрому отпусканию запирающего элемента.
Повысить быстродействие электромагнитной форсунки можно за счет
уменьшения числа витков обмотки электромагнита и ее индуктивности.
Однако при этом уменьшается сопротивление обмотки и увеличивается
сила потребляемого ей тока. Для ограничения силы тока последовательно
с обмоткой включают резистор.
221
Рис. 3. Электромагнитные форсунки:
а, б, в- соответственно с плоским, конусным и сферическим запирающими элементами;
1 - корпус; 2 - обмотка электромагнита; 3 - запирающий элемент; 4 - пружина; 5 - жиклер
клапана; б-топливный фильтр; 7- магнитопровод электромагнита; 8 - топливные каналы;
9 - регулировочный винт; 10 - электрические контакты; 11 - вставка
В электромагнитных форсунках используются три вида запирающих
элементов клапана: плоский (дисковый), конусный (штифтовый),
сферический (шариковый).
Плоский запирающий элемент 3 форсунки (рис. 3, а) изготовлен из
магнитомягкой стали, а в центральной его части имеется стальная
вставка, что предотвращает появление кольцевой выработки в месте его
222
посадки на седло клапана. Рабочий ход запирающего элемента составляет
0,15 мм и ограничивается специальным дистанционным кольцом. В
форсунке применена поляризованная электромагнитная система, которая
кроме обмотки электромагнита включает кольцевую вставку из
магнитотвердого сплава, создающего поляризующий магнитный поток.
При этом появляется возможность увеличить усилие пружины 4, в
результате улучшается герметичность клапана. Усилие пружины может
регулироваться винтом 9, закрытым пробкой. Внутри форсунки размещен
топливный фильтр 6 в виде кольца из порошкообразного материала, так
как при попадании загрязнений (частиц размером более 30-40 мкм)
клапан форсунки может потерять герметичность.
Форсунки с конусным запирающим элементом (рис. 3, б) наиболее
распространены. Топливо подводится к ним снизу. Применение таких
форсунок обеспечивает постоянную циркуляцию топлива через них,
лучшее охлаждение электромагнитной системы и лучшие условия для
отвода пузырьков газа.
Преимущество сферического запирающего элемента в форсунке
(рис. 3, в) состоит в том, что сферические элементы обладают хорошими
герметизирующими свойствами и способностью к центрированию в седле
клапана.
Форсунки для распределенного и центрального впрыска отличаются
по размерам, способами крепления на двигателе, подвода топлива и по
сопротивлению обмоток электромагнита.
Пусковая форсунка (рис. 4) отличается от рабочих по конструкции.
Обычно она имеет корпус с фланцем 3 крепления, в который завальцован
пластмассовый каркас 1 обмотки 2
электромагнита. Запирающий эле-
мент 6 клапана является якорем элек-
тромагнита. В нижней части корпуса
расположен центробежный распыли-
тель. При подаче топлива пусковая
форсунка постоянно находится в
открытом состоянии.
Впрыск топлива в цилиндры ди-
зелей с микропроцессорным управ-
Рис. 4. Пусковая форсунка:
1 - пластмассовый каркас; 2 - обмотка элек-
тромагнита; 3 - фланец крепления форсунки;
4 - распылитель; 5 - пружина; 6 - запирающий
элемент; 7 - топливоподводящий штуцер с
фильтрующим элементом; 8 - электрические
контакты
223
Рис. 5. Электрогидравлическая форсунка
лением осуществляют аккумулятор-
ными топливными системами через
электрогидравлические форсунки
(рис. 5) с электронным управлением.
Игла 1 форсунки перекрывает
подачу топлива к распиливающим
отверстиям. Сводный торец поршня
2, сопряженного с иглой, входит в
управляющую камеру 3. В управляю-
щую камеру топливо поступает из
аккумулятора через канал с повышен-
ным гидравлическим сопротивлени-
ем, создаваемым жиклером 7. Камера
3 сообщается со сливным каналом, в
котором расположен нормально
закрытый затвор управляющего
клапана 4 с возвратной пружиной 6,
приводимого в действие электромаг-
нитом с обмоткой 5.
Слив из камеры 3 осуществляется
посредством управляющего клапана.
Давление под иглой становится боль-
ше, чем в камере 3, поэтому игла 7
поднимается вверх, и топливо подается в цилиндр двигателя. Когда
управляющий клапан закрывается, игла перемещается вниз под
действием большего давления топлива в управляющей камере. Движение
иглы 7 вниз происходит также под действием пружины 9 или за счет
пониженного давления топлива под иглой вследствие наличия калибро-
ванного жиклера 8 в канале.
Электромагнитные клапаны. Переключающие устройства
Электромагнитный клапан системы автоматического управления
экономайзером принудительного холостого хода (ЭПХХ) герметично
закрыт, что препятствует попаданию влаги в его внутреннюю полость.
При подаче напряжения на обмотку электромагнита якорь притягивается
к стопу (упору) и запорное кольцо перекрывает доступ топлива по каналу
системы холостого хода карбюратора. Обратный ход якоря обеспечивает
224
Рис. 6. Электрический топливный насос роторного типа:
а - продольный разрез; б - схема действия; 1 - корпус насоса; 2 - предохранительный
клапан; 3 - роликовый насос; 4 - электродвигатель; 5 - обратный клапан
возвратная пружина. Электромагнитный клапан ЭПХХ имеет неразбор-
ную конструкцию, отличается простотой, надежностью и малой
стоимостью.
Примером переключающего устройства систем управления двигате-
лем является пневмоэлектрический клапан системы управления
турбонаддувом, который работает в среде с высокой температурой.
Поэтому необходимо предусмотреть меры для охлаждения клапана.
Исполнительные устройства с электродвигателями
Для подачи топлива к форсункам в системах впрыскивания топлива
используются электрические топливные насосы. В основном используют-
ся электрические топливные насосы (рис. 6) роторного типа. Насосы
могут устанавливается как вне, так и внутри топливного бака. При
внешней установке насос представляет собой автономный агрегат,
объединяющий насос и электродвигатель в одном корпусе.
При размещении в топливном баке насос представляет собой единый
агрегат (рис. 7), включающий насос, топливопроводы, демпфирующее
устройство, фильтр, провода электропитания и т.д. Схема топливоподачи
с таким насосным агрегатом приведена на рис. 8.
225
Рис. 8. Схема топливоподачи с топливным насосом, установленным в топливном баке:
7 - топливный бак; 2-топливный насос с электроприводом; 3- топливный фильтр;
4- нагнетательная магистраль высокого давления; 5-регулятор давления топлива;
6 - форсунки; 7 - топливопровод с форсунками (непрерывный поток топлива); 8 -
возвратная топливная магистраль
Рис. 7. Топливный насос для установки в
топливном баке:
1 - насос; 2 - штекер; 3 - патрубок для
слива топлива; 4 - фильтр на входе в
топливный насос
Рис. 9. Регулятор холостого хода с приводным шаговым электродвигателем:
7 - дросселирующий элемент; 2, 3 - обмотки шагового электродвигателя; 4 - ротор
шагового электродвигателя; 5 - пружина
226
На рис. 9 представлен регулятор холостого хода с приводным
шаговым электродвигателем. Шаговый электродвигатель имеет четыре
обмотки управления. Обмотки размещены на статоре. В продольных
пазах ротора установлены постоянные магниты с чередующимся
расположением полюсов. Управление двигателем осуществляется с
помощью электрических импульсов различной полярности, подаваемых
на обмотки в определенной последовательности.
Малогабаритные электродвигатели постоянного тока используются
для регулирования расхода воздуха в режиме холостого хода путем
перемещения дроссельной заслонки. Вал электродвигателя через редуктор
связан с цилиндрическим толкателем, который непосредственно
воздействует на подпружиненный рычаг заслонки.
Лекция 26. Эксплуатация систем
автоматического управления ЭПХХ
Эксплуатация системы автоматического управления двигателем
Неисправности САУ ЭПХХ. Нарушения в работе САУ ЭПХХ
проявляются следующим образом:
двигатель останавливается на холостом ходу (или не пускается);
двигатель работает неустойчиво (при плавном нажатии на педаль
управления дроссельной заслонкой частота вращения коленчатого вала
периодически изменяется);
подача топлива в режиме принудительного холостого хода не
прекращается, что увеличивает его расход.
Основной признак отказа САУ ЭПХХ - остановка двигателя на
холостом ходу.
К причинам остановки двигателя на холостом ходу относятся такие:
ненадежность контактных соединений ЭПХХ;
обрыв обмотки, заклинивание запорной иглы электромагнитного
клапана;
повреждение мембраны, обрыв обмотки электромагнита электропнев-
матического клапана;
неисправность электронного блока.
Поиск неисправностей САУ ЭПХХ на холостом ходу проводят по
схеме, приведенной на рис. 1, с помощью тестера и куска провода.
Появление рывков автомобиля при движении может быть вызвано
неисправностью микровыключателя, блока управления, электромагнит-
ного или электропневматического клапанов. Поиск неисправностей
227
Рис. 1. Схема проверки САУ ЭПХХ при остановке двигателя на холостом ходу
228
ЭПХХ с микровыключателем ЭПХХ с датчиком-винтом
Рис. 2. Схема проверки САУ ЭПХХ при рывках автомобиля во время движения
САУ ЭПХХ при рывках автомобиля проводят по схеме, приведенной
на рис. 2, с помощью куска провода длиной около 2 м.
Если САУ ЭПХХ не выключает подачу топлива в режиме принуди-
тельного холостого хода, то причину следует искать в неисправности
микровыключателя, электромагнитного клапана, блока управления или
соединительных проводов. Используя кусок провода, можно найти
неисправность САУ ЭПХХ для данного случая по схеме, показанной на
рис. 3.
Техническое обслуживание САУ ЭПХХ. Электронные блоки САУ
ЭПХХ регулируют на заводе-изготовителе. В эксплуатации они не
требуют технического обслуживания, но необходимо периодически
проверять надежность штекерного соединения. В случае выхода из строя
блок управления заменяется новым.
Как уже отмечалось, электромагнитные клапаны неремонто-
пригодны. Однако в процессе эксплуатации следует удалять смолистые
отложения с помощью органических растворителей, не разрушающих
резину. При отказах САУ ЭПХХ работоспособность электромагнитно-
го клапана оценивают по тому, насколько свободно перемещается
запорный клапан, по сопротивлению обмотки электромагнита и наличию
обрывов в обмотке или в цепи ее электропитания. Если в САУ ЭПХХ
используется электропневмоклапан, то в эксплуатации проверяется
исправность как электрической, так и пневматической частей клапана.
Клапаны проверяются при подключении их к аккумуляторной батарее:
если слышен характерный щелчок, значит клапаны работают.
229
ЭПХХ с микровыключагелем ЭПХХ с датчиком-винтом
Рис. 3. Схема проверки САУ ЭПХХ, когда ЭПХХ не отключает подачу топлива
Проверку электронных блоков управления осуществляют измерением
частот вращения коленчатого вала двигателя, соответствующих резкому
изменению напряжения на выводах, предназначенных для подключения
электромагнитного клапана. Сначала частота вращения коленчатого
вала плавно увеличивается, затем снижается. Измеренные значения
частоты вращения коленчатого вала должны соответствовать пороговым
значениям частоты срабатывания блока управления.
Проверка, регулирование и поиск неисправностей системы
"L-Jetronic”
Системы топливоподачи бензиновых двигателей с впрыскиванием
топлива намного сложнее карбюраторных и более дорогостоящие.
Топливный насос. Для проверки давления подачи топлива от
распределительной магистрали отсоединяют трубопровод подвода
топлива и к нему присоединяют манометр. Электронасос подсоединяют
непосредственно к аккумуляторной батарее. Давление топлива должно
быть в пределах 250-300 кПа (2,5-3,0 кгс/см2). Подачу топливного насоса
проверяют при напряжении на выводах электродвигателя 12 В. Сила
потребляемого тока должна быть равной 6,5 А. Конец трубопровода
подвода топлива опускают в емкость и включают электронасос на 1 мин.
230
При давлении в магистрали 300 кПа (3 кгс/см2) в емкости должно
оказаться 2,2 л топлива.
Пусковая форсунка. Герметичность форсунки проверяют при
давлении топлива в системе 300 кПа. Из распылителя форсунки должно
вытечь топлива за 1 мин в объеме не более 0,3 см 3 Производительность
форсунки при конусе распыливания 80°, давлении в системе 300 и 250 кПа
должно быть соответственно 93±11 и 85±10 см3/мин. Сопротивление
обмотки пусковой форсунки должно быть 3-5 Ом при 20 °C.
Рабочие форсунки. Исправность электропроводки и электронного
блока управления проверяется вольтметром, который присоединяется
к колодкам, отсоединенными от форсунок, при включенном зажигании.
При включенном стартере проверяется периодичность впрыскивания
топлива форсунками. Все форсунки должны впрыскивать топливо
одновременно и через равные промежутки времени. Герметичность
форсунок проверяется при давлении топлива в системе 350 кПа. Из
форсунок не должно вытекать более 1 капли за 1 мин. Проверяют также
угол конуса распыливания и производительность форсунки при давлении
в системе 250 кПа, которые должны быть равны соответственно 30° и
176±5,3 см3/мин.
Необходимо отметить, что как рабочие, так и пусковые форсунки
неремонтопригодны.
Регулирование системы холостого хода двигателя. Регулирование
системы холостого хода осуществляется винтами качества и количества
горючей смеси. Винтом количества горючей смеси устанавливают
частоту вращения коленчатого вала в пределах 850-950 мин’1. Частота
вращения коленчатого вала снижается при повороте винта по часовой
стрелке. Содержание оксида углерода СО в отработавших газах при
установке на двигатель системы "L-Jetronic" должно быть в пределах
0,5±0,2 %. Причинами повышенного содержания СО могут быть:
подсос воздуха через отверстие маслоизмерительного стержня;
повышенный уровень масла в картере;
прорыв отработавших газов в картере;
негерметичность впускных и выпускных клапанов;
неисправность измерителя расхода воздуха;
невыключение пусковой форсунки;
нарушения в работе электронных устройств системы впрыскивания
топлива;
негерметичность рабочих форсунок.
Для регулирования системы холостого хода используются тахометр
и газоанализатор, а на автомобилях - прибор BOS СН 5280.
Возможные неисправности системы "L-Jetronic" впрыскивания
топлива с указанием, что именно нужно проверить и при неисправности
заменить, приведены в таблице.
231
Таблица
Возможные неисправности системы впрыскивания "L-Jetronic"
Неисправность Перечень проверяемых приборов, систем и параметров
Двигатель не пускается (температу- ра масла 20 °C) 1 2 3 4 8 10 15 16 17 18 23
Двигатель не пускается (температу- ра масла 60 °C) 1 2 3 4 10 15 16 17 18 23
Затрудненный пуск двигателя (тем- пература масла 20 °C) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 14 15 16 17 18 19 22 23
Затрудненный пуск двигателя (тем- пература масла 60 °C) 2 3 4 9 10 14 15 16 17 18 19 20 22 23
Двигатель пускается и останавли- вается 1 3 4 5 7 10 13 15 16 17 18 22 23
Двигатель работает неустойчиво на холостом ходу при прогреве 3 4 7 8 9 10 11 13 14 15 16 17 19 23
Двигатель работает с перебоями на холостом ходу 5 6 10 11 15 16 17 19 21
Двигатель "трясет" при разгоне 2 3 4 5 6 10 11 15 16 17 19 20 21 23 24
Двигатель "трясет" при движении с постоянной скоростью 2 3 4 5 6 9 10 11 15 16 17 19 20 21 22 24
Двигатель "трясет" на при- нудительном холостом ходу 10 11 15 16 17 18 20
233
Неисправность Перечень проверяемых приборов, систем и параметров
Стук в двигателе при увеличении частоты вращения коленчатого вала 6 15 16 17
Двигатель не обладает достаточ- ной приемистостью 1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 15 16 17 19 20 21 22 23 24
Повышенный расход топлива 6 7 8 9 10 11 12 15 16 17 19 20 24
Повышенное содержание СО и СН в отработавших газах на холостом ходу 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 19 20 24
Пониженное содержание СО и СН в отработавших газах на холостом ходу 2 3 4 10 11 13 15 16 17 19 22 23
Двигатель не развивает полной мощности 1 3 6 9 10 11 12 13 15 16 17 19 20 22 23 24
Примечание. Цифры обозначают: 1 - топливный насос; 2 - фильтр очистки топлива; 3 - давление впрыскивания форсунок; 4 - давление нагнетания топливного насоса; 5 - производительность топливного насоса; 6 - качество топлива; 7 - клапан дополнительной подачи топлива; 8 - термореле; 9 - пусковая форсунка; 10 - рабочие форсунки; 11 - датчик температуры охлаждающей жидкости; 12 - выключатель дроссельной заслонки; 13 - корпус дроссельной заслонки; 14- пневмопровод дроссельной заслонки; 15 - измеритель расхода воздуха; 16 - электронный блок управления; 17 - электропровода и их соединения; 18 - реле включения топливного насоса; 19 - воздушный фильтр; 20 - система охлаждения двигателя; 21 - герметичность соединений во впускном трубопроводе; 22 - отсутствие подсоса воздуха в двигатель; 23 - впускной трубопровод двигателя; 24 - отсутствие горючей смеси при частичной нагрузке двигателя.
Проверка и регулирование системы впрыска топлива "Motronic1
Топливный насос. С помощью манометра проверяют давление
подачи топлива. Манометр подсоединяют к отверстию шланга подвода
топлива и входному патрубку регулятора. Давление должно быть в
пределах 280-420 кПа (2,8-4,2 кгс/см2). Если давление выше 450 кПа,
проверяют фильтр тонкой очистки топлива, топливопроводы и их
соединения. Если они исправны, заменяют топливный насос.
Для проверки производительности топливного насоса сливной шланг
отсоединяют от регулятора давления и его конец опускают в емкость.
Включают топливный насос. Количество топлива, которое втечет в
емкость за 1 мин, должно составлять 1,9 л. Если подача топливного
насоса отличается от номинальной, проверяют подачу топлива к насосу,
фильтр тонкой очистки (на наличие засорений). Если топливо поступает
нормально и фильтр не засорен, заменяют топливный насос.
Регулятор давления топлива. Манометр подсоединяют к входящему
патрубку регулятора. Включают топливный насос и по манометру
определяют давление топлива. Далее отсоединяют от регулятора
давления вакуумный шланг и подсоединяют к патрубку регулятора
ручной вакуумный насос, с помощью которого создают в регуляторе
давление 50 кПа (0,5 кгс/см2). При этом давление топлива также
уменьшится на 50 кПа.
Потенциометр расходомера воздуха. Отсоединив от расходомера
трубопровод подвода воздуха, перемещают напорный диск потенциомет-
ра и измеряют сопротивление потенциометра, которое должно
находиться в пределах 60-1000 Ом. Если результат измерения выходит
за указанные пределы, расходомер воздуха заменяют.
Датчик температуры воздуха на впуске. Датчик температуры встроен
в расходомер воздуха. Для проверки исправности датчика температуры
измеряют его сопротивление, которое зависит от температуры воздуха:
при температуре -10, +20, +80 °C сопротивление должно быть
соответственно 8-10, 2-3, 0,3-0,37 кОм.
Проверка системы холостого хода двигателя. В данной системе
впрыскивания регулировочные винты качества и количества горючей
смеси отсутствуют, поэтому частота вращения коленчатого вала на
холостом ходу и содержание СО и СН в отработавших газах в эксплуата-
ции не регулируют. Однако, если содержание СО превышает 1 %,
проверяют состояния форсунок, датчика температуры охлаждающей
жидкости и давления подачи топлива. При содержании СО ниже 0,5 %
проверяют герметичность впускного трубопровода, соединения
шлангов системы холостого хода, при необходимости устраняют причину
подсоса воздуха.
234
Рекомендуемая литература
1. Автомобильный справочник. Перевод с англ. Первое русское издание. М.:
Издательство "За рулем", 1999. 896 с.
2. Акимов А.В. и др. Генераторы зарубежных автомобилей / А.В. Акимов, С.В. Акимов,
Лейкин Л.П. М.: Издательство "За рулем", 1977. 80 с. ил.
3. Акимов О.А. Регулирование угла опережения зажигания двигателя в зависимости
от степени детонации // Грузовик &, 1998. № 10. С. 6-7.
4. Акимов С.В. др. Электрическое и электронное оборудование автомобилей //
С.В. Акимов, Ю.И. Боровских, Ю.П. Чижков. М.: Машиностроение, 1988. 280 с.: ил.
5. Акимов С.В., Чижков Ю.П. Электрооборудование автомобилей. Учебник для вузов.
М.: ЗАО КЖИ "За рулем", 2001. 384 с., ил.
6. Боровских Ю.И., Старостин А.К., Чижков Ю.П. Стартерные аккумуляторные ба-
тареи. Общ. ред. Ю.П. Чижкова. М.: Фонд "За экономическую грамотность", 1997. 157 с.
7. Данов Б.А., Рогачев В.Д. Электрооборудование автомобилей КамАЗ. М.: Транспорт,
2000. 126 с.
8. Квайт С.М. и др. Пусковые качества и системы пуска автотракторных двигателей
Z/C.M. Квайт, Я.А. Менделевич, Ю.П. Чижков. М.: Машиностроение, 1990. 256 с.: ил.
9. Литвиненко В.В. Неисправности электрооборудования автомобилей ГАЗ-31029
"Волга". Поиск и устранение неисправностей. М.: Издательство "За рулем", 1997. 96 с., ил.
10. Литвиненко В.В. Неисправности электрооборудования автомобиля "Газель". Поиск
и устранение. М.: Издательство "За рулем", 1996. 96 с.
11. Литвиненко В.В. Электрооборудование автомобилей ВАЗ. М.: Издательство "За
рулем", 1995. 240 с., ил.
12. Литвиненко В.В. Электрооборудование автомобилей ВАЗ. М.: Издательство "За
рулем", 1997. 240 с., ил.
13. Литвиненко В.В. Электрооборудование автомобилей УАЗ. Устройство, поиск и
устранение неисправностей. М.: Издательство "За рулем". 2000. 160 с., ил.
14. Литвиненко В.В. Электрооборудование автомобиля "Москвич". М.: Издательство
"За рулем", 1997.216 с.
15. Мирошников А.П. Противоугонные автомобильные системы. С рекомендациями
журнала "За рулем". М.: Издательство "За рулем", 2000. 112 с.: ил., табл.
16. Опарин И.М. и др. Электронные системы зажигания / И.М. Опарин, Ю.А. Купеев,
Е.А. Белов. М.: Машиностроение, 1987. 200 с., ил.
17. Резник А.М. Электрооборудование автомобилей: Учебник для автотранспортных
техникумов. М.: Транспорт, 1990. 256 с., ил., табл.
18. Росс Твег. Системы зажигания легковых автомобилей. Устройство, обслуживание
и ремонт. М.: Издательство "За рулем", 1998. 96 с., ил.
19. Росс Тверг. Системы впрыска бензина. Устройство, обслуживание, ремонт. Практ.
пособ. М.: Издательство "За рулем", 1996. 144 с., ил.
20. Савич Е.Л. Топливная аппаратура легковых автомобилей. Бензин. Мн.: Рекламное
агентство "Автостиль", 1996. 160 с.
235
21. Сига X., Мидзутани С. Введение в автомобильную электронику: Пер. с Японск. М.:
Мир, 1989. 232 с.
22. Справочник по электрооборудованию автомобилей / С.В. Акимов, А.А. Здановский,
А.М. Корец и др. М.: Машиностроение, 1994. 544 с.: ил.
23. Стартерные аккумуляторные батареи: Устройство, эксплуатация, ремонт /
М.А. Дасоян, Н.И. Курзуков, О.С. Тютрюмов, В.М. Ягнетинский. 2-е изд., стереотип. М.:
Транспорт, 1994. 242 с.
24. Фесенко М.Н. и др. Теория, конструкция и расчет автотракторного электрооборудо-
вания: Учебник для машиностроительных техникумов по специальности "Электрооборудо-
вание автомобилей и тракторов" / М.Н. Фесенко, Л.В. Копылова, В.И. Коротков и др.;
Под общ. ред. М.Н. Фесенко. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1992. 384 с.:
ил.
25. Электронное управление автомобильными двигателями / Т.П. Покровский,
Е.А. Белов, С.Г. Драгомиров и др.; Под общ. ред. Т.П. Покровского. М.: Машиностроение.
1994. 336 с.: ил.
26. Электронные системы управления и контроля строительных и дорожных машин
/ В.М. Амелин, Ю.М. Иньков, В.И. Марсов, Б.П. Петленко, А.А. Рубцов; Под ред.
Б.И. Петленко. М.: Интекст, 1998. 382 с.
27. Электтрооборудование автомобилей: Справочник / А.В. Акимов, О.А. Акимов и
др.; Под. ред. Ю.П. Чижкова. М.: Транспорт, 1993. 223 с.: ил.
28. Юрковский И.М. Возможные неисправности электрооборудования легкового
автомобиля. М.: Патриот, 1996. 102 с., ил.
29. Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей: Учеб, для студентов вузов. 3-е изд.,
перераб. и доп. М.: Транспорт, 2000. 320 с.
Содержание
Предисловие............................................................. 3
Тем а 1. Общие требования к автомобильному электрооборудованию ....... 4
Лекция 1. Основные сведения об электрооборудовании................... 4
Назначение электрооборудования ............................ 4
Классификация и состав системы электрооборудования......... 4
Условия эксплуатации электрооборудования. Основные
технические требования..................................... 6
Номинальные параметры..................................... 10
Системы условных обозначений изделий
электрооборудования....................................... 11
Тема 2. Аккумуляторные батареи ........................................ 13
Лекция 2. Основные сведения об устройстве аккумуляторных
батарей .................................................. 13
Классификация ............................................ 13
Условия работы.......................................... 13
Основные требования....................................... 15
Устройство батареи........................................ 16
Лекция 3. Сепараторы, моноблоки, крышки, пробки..................... 20
Сепараторы ............................................... 20
Моноблоки. Крышки. Пробки ................................ 23
Лекция 4. Соединение аккумуляторов в батареи. Электролит.
Необслуживаемые батареи................................... 27
Межэлементные перемычки. Полюсные выводы.................. 27
Электролит................................................ 30
Необслуживаемые батареи................................... 33
Лекция 5. Размещение батарей на автомобилях. Условные
обозначения батарей ...................................... 35
Размещение и крепление батарей на автомобилях............. 35
Условные обозначения...................................... 38
Тема 3. Генераторные установки......................................... 40
Лекция 6. Системы электроснабжения.................................. 40
Лекция 7. Генераторы................................................ 44
Принципы работы и конструктивные схемы вентильных
генераторов .............................................. 44
Индукторные генераторы ................................... 50
Бесщеточные вентильные генераторы с укороченными полюсами ... 53
Лекция 8. Выпрямление переменного тока.............................. 53
Лекция 9. Характеристики вентильных генераторов.
Схемы генераторных установок.............................. 59
Характеристики вентильных генераторов..................... 59
Схемы генераторных установок ............................. 63
Лекция 10. Устройство генераторов .................................. 65
Генераторы щеточной конструкции с клювообразным
ротором................................................... 65
Бесщеточные генераторы с клювообразным ротором............ 70
237
Выпрямительные блоки ....................................... 75
Тема 4. Регуляторы напряжения ........................................... 78
Лекция 11. Регулирование напряжения. Контактные регуляторы
напряжения........................................................... 78
Вибрационные регуляторы напряжения ......................... 79
Контактно-транзисторные регуляторы напряжения .............. 81
Лекция 12. Бесконтактные транзисторные регуляторы напряжения ......... 84
Лекция 13. Интегральные регуляторы напряжения. Тиристорный
регулятор. Устройство регуляторов напряжения......................... 93
Интегральные регуляторы напряжения.......................... 93
Тиристорный регулятор напряжения............................ 96
Устройство регуляторов напряжения........................... 97
Тема 5. Электростартеры ................................................ 103
Лекция 14. Пусковое качество и системы пуска автомобильных
двигателей.......................................................... 103
Условия надежного пуска поршневых двигателей............... 103
Системы электростартерного пуска........................... 109
Требования к электростартерам.............................. 111
Лекция 15. Устройство электростартеров .............................. 113
Корпус. Полюсы. Обмотка возбуждения........................ 113
Якорь...................................................... 116
Коллекторы. Щетки. Щеткодержатели.......................... 118
Крышки. Держатель подшипника............................... 121
Тяговые электромагнитные реле.............................. 122
Механизмы привода.......................................... 125
Лекция 16. Конструкции электростартеров.............................. 128
Установка стартеров на двигателях. Защита от посто-
ронних тел и воды ......................................... 128
Стартеры для большегрузных автомобилей .................... 129
Стартеры с дополнительными встроенными
редукторами и постоянными магнитами........................ 131
Лекция 17. Характеристики электростартеров. Схемы
управления электростартерами ....................................... 135
Характеристики электростартеров............................ 135
Схемы управления электростартерами......................... 140
Система "Стоп-старт"....................................... 143
Лекция 18. Правила эксплуатации и техническое обслуживание
электростартеров.................................................... 145
Правила эксплуатации....................................... 145
Проверка технического состояния ........................... 145
Регулировка................................................ 149
Основные неисправности электростартера, способы
их обнаружения и устранения ................................ 150
Тема 6. Облегчение пуска двигателей при низких температурах............. 157
Лекция 19. Устройство для облегчения пуска двигателей ............... 157
Свечи накаливания.......................................... 157
Свечи подогрева воздуха во впускном трубопроводе .......... 158
Электрофакельные подогреватели воздуха..................... 159
Техническое обслуживание электрофакельных
подогревателей ............................................ 162
Устройства для подачи пусковой жидкости ................... 166
238
Электрические подогреватели............................... 167
Предпусковой подогреватель ............................... 168
Тема 7. Электронные системы управления двигателем...................... 171
Лекция 20. Автоматическое управление топливоподачей. Экономайзеры
принудительно-холостого хода ...................................... 171
Основные принципы управления двигателем................... 171
Системы автоматического управления экономайзером
принудительного холостого хода............................ 173
Лекция 27. Электронные системы управления зажиганием и ЭПХХ ........ 181
САУ ЭПХХ грузовых автомобилей............................. 181
Микропроцессорная система управления зажиганием
и ЭПХХ.................................................... 187
Устройство блока управления ЭПХХ ......................... 188
Устройство электромагнитного клапана...................... 189
Лекция 22. Электронные системы управления топливоподачей ........... 190
' Карбюраторы с электронным управлением...................... 190
Электронные системы впрыска топлива ...................... 192
Электронные системы распределенного впрыска топлива....... 193
Электронные системы центрального впрыска топлива.......... 198
Лекция 23. Комплексные системы управления зажиганием и
впрыском топлива, электронные системы управления
двигателем ........................................................ 200
Комплексные системы управления двигателем................. 200
Электронные системы управления дизелем.................... 208
Лекция 24. Датчики электронных систем управления двигателем......... 210
Измерители расхода воздуха................................ 210
Измерители расхода топлива................................ 213
Датчики давления.......................................... 213
Датчики температуры...................................... 214
Датчики положения и перемещения........................... 215
Датчики детонации......................................... 217
Датчики кислорода (Z-зонды) .............................. 218
Лекция 25. Исполнительные устройства систем впрыска топлива.
Техническое обслуживание электронных систем
топливоподачи ..................................................... 220
Электромагнитные форсунки ................................ 220
Электромагнитные клапаны. Переключающие
устройства ............................................... 224
Исполнительные устройства с электродвигателями............ 225
Лекция 26. Эксплуатация системы автоматического
управления ЭПХХ..................................................... 227
Эксплуатация системы автоматического
управления двигателем..................................... 227
Проверка, регулирование и поиск неисправностей
системы "L-Jetronic" ..................................... 230
Проверка и регулирование системы впрыска
топлива "Motronic" ....................................... 234
Рекомендуемая литература............................................... 235
239
Издается в авторской редакции
Учебное издание
Юрий Павлович Чижков
ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ АВТОМОБИЛЕЙ
Курс лекций. Часть I
Лицензия ИД № 05672 от 22.08.01 г.
Ответственный за выпуск И.А. Хороманская
Художественный редактор Т.Н. Галицына
Технические редакторы Т.И. Андреева, С.А. Жиркина
Корректоры Л. Е. Сонюшкина, Л. И. Сажина
Сдано в набор 07.03.02. Подписано в печать 25.04.02.
Формат 60x88/16 Печать офсетная. Уч.-изд.л. 14,32. Заказ № 6222 Бумага офсетная. Гарнитура "Таймс". Усл. печ. л. 14,7. Усл. кр.-отт. 14,7. Тираж 2000 экз.
ФГУП "Издательство "Машиностроение", 107076, Москва, Стромынский пер., 4
Отпечатано в ГУП ППП "Типография Наука" РАН. 128009, Москва, Шубинский пер., 6