На автомобилях электрическая энергия используется для – Устройство электромобиля, проблемы легкового электромобилестроения, электромобили будущего

Содержание

Электрооборудование автомобиля. Устройство и работа. Особенности

Электрооборудование автомобиля представляет весь перечень устройств, которые вырабатывают, передают, а также потребляют электрическую энергию в машине. В целом это сложный комплекс систем, устройств и приборов, которые обеспечивают функционирование всех частей автомобиля, автоматизацию процессов, а также создают уют, комфорт и безопасность для людей.

Все главные узлы и агрегаты электрического оборудования взаимосвязаны между собой с помощью проводов. Они выступают в качестве своеобразной нервной и кровеносной системы. В одном случае по ним передается сигнал для запуска того или иного устройства, в другом случае они передают электроэнергию для питания приборов. Обрывы проводов могут привести к воспламенению или невозможности работы конкретного устройства в машине. А поломка какого-либо электрооборудования может привести к аварии, невозможности запуска автомобиля или его эксплуатации.

Виды

В качестве источников электротока выступают устройства, которые преобразуют электроэнергию. Это генератор и аккумулятор, где генератор преобразует механическую энергию в электрическую, а аккумулятор — химическую в электрическую. В качестве потребителей электрической электроэнергии выступает устройство, преобразует электроэнергию в другие виды, к примеру, движения, света, тепла. К ним можно отнести систему запуска движка, лампочки, измерительные устройства, электроприборы в виде стеклоочистителей, печки, прикуривателя, радио, кондиционера и тому подобное.

Аккумулятор используется для питания потребителей электротоком во время запуска движка, во время его низких оборотов, либо в момент, когда он отключен. Генератор питает электротоком все электрические устройства, в том числе заряжает аккумулятор. Мощность и емкость данных устройств должна отвечать аналогичным параметрам потребителей при различных режимах работы машины.

Электрооборудование автомобиля в виде потребителей энергии классифицируются на 3 составляющие:
  1. Кратковременного действия.
  2. Длительного действия.
  3. Основного действия.

К устройствам основного действия относятся устройства, которые нужны для поддержки работоспособности машины. Это устройства впрыска, запуска, управления движком, система подачи топлива, АКП, электрический усилитель и так далее.

К устройствам длительного действия относятся устройства в виде кондиционеров, освещения, безопасности, навигационной аппаратуры, противоугонных устройств, печки и тому подобное.

К устройствам кратковременного действия относятся устройства в виде систем запуска, прикуривателя, подачи сигнала, свечей накаливания и так далее.

В качестве устройств управления выступают предохранительные щитки, блоки управления и реле. Они согласуют функционирование источников и потребителей энергии. При помощи блоков управления обеспечивается контролирование потребления электроэнергии, напряжения и нагрузок на устройствах, управление обогревателями, очистителями стекол, системой освещения и так далее. Кроме проводки в бортовой системе применяются шины данных, при помощи которых соединяются электронные блоки управления.

Устройство

Аккумулятор является одним из важнейших элементов электрооборудования автомобиля. Он представляет химический источник электротока, который работает при помощи накопления и последующей отдачи энергии. Накопление и передача заряда обеспечивается переходом ряда элементов из одного состояния в другое. Главными характеристиками аккумуляторной батареи является емкость и напряжение. Его корпус выполнен из пластика, стойкой к кислоте. В нем имеется 6 секций, в которых находятся элементы, выполненные из пластин и сепараторов. Эти элементы соединяются с помощью мостиков, а корпус закрывается пластмассовой крышкой. На батарее имеются два выхода, к которым подсоединяются клеммы проводов. Аккумулятор находится в подкапотном отсеке машины.

Электрический генератор — это устройство, которое смахивает на электрический двигатель, но имеет принципиальное от него отличие. Данный элемент создает электроэнергию благодаря вращению его якоря посредством ременной передачи, получающее вращательное движение от ДВС. Генератор имеет 2 обмотки, благодаря чему обеспечивается стабилизация напряжения, которое он вырабатывает. Принцип его работы базируется на эффекте самоиндукции.

Далее необходимо выделить элементы, которые обеспечивают запуск и последующую работу ДВС, а значит и непосредственное перемещение машины.

Стартер – это своего рода электродвигатель, который совершает вращение благодаря энергии аккумуляторной батареи. Его главная цель кроется в начальном старте. Затем появляется электрическая икра, вследствие чего происходит воспламенение топлива. В результате двигатель начинает работать. Чтобы создать такую искру, используется повышающая катушка, свечи, а также распределитель искры.

Повышающая катушка выполнена из ферромагнитного сердечника с 2-мя обмотками. На одной из обмоток находится меньшее число витков, благодаря чему создается магнитное поле. Это поле создает магнитное поле на второй обмотке, но уже с более высоким напряжением. В результате при подаче напряжения на свечи создается искра.

Электрическая свеча представляет элемент, который создает искру непосредственно в цилиндре ДВС. У нее есть контакт, к которому подходит провод с высоким напряжением. На цилиндрах имеются электроды с наименьшим зазором, в которых и происходит создание искры. Между свечами и катушкой располагается распределитель, который и передает высокое напряжение непосредственно на свечу, которая должна в необходимый момент времени подать искру на цилиндр.

Система освещения используется при перемещении машины при недостаточной освещенности окружающей среды. В данную систему включены фары, задние фонари, лампочка освещения номера, лампочки освещения в салоне, отделения багажа, отсека мотора, зоны педалей и так далее.

Световая сигнализация используется с целью предупреждения других участников движения о маневрах, поворотах, заднем ходе, то есть о смене направления перемещения машины. Данная система имеет передние сигнальные лампочки, задние фонари, боковые повторители поворотов, лампы на панели приборов, выключатели, стоп-сигналы и другое электрооборудование автомобиля.

Фары необходимы для освещения окружающего пространства. В первую очередь они необходимы для освещения дороги, чтобы водитель имел представление об окружающей обстановке. Каждая машина имеет фары, которые расположены симметрично. Передние фары в большинстве случаев выполнены в одном корпусе. В нем могут находиться ряд элементов: дальний, а также ближний свет, ходовые и габаритные огни. Иногда в них даже размещаются поворотники.

Ближний свет необходим в случаях, когда наблюдается поток встречного транспорта. Его главная особенность заключается в том, что он не слепит водителей встречного транспорта, при этом хорошо освещает правую сторону дороги. Дальний свет также используется с целью освещения, но только в том случае, когда нет встречного потока. Его главная особенность в том, что этот свет выделяется своей мощностью и интенсивностью, благодаря чему он освещает пространство на довольно большое расстояние, которое находится впереди машины.

При помощи габаритных огней и поворотников водитель дает важную информацию всем участникам движения о габаритах своего автомобиля, а также планируемых остановках и изменениях направления движения. Также в машине имеется прикуриватель, могут быть розетки usb и так далее.

В зависимости от текущей комплектации машины в ней могут иметься или отсутствовать следующее электрооборудование автомобиля: системы безопасности, которые включают в себя электронатяжители ремней, автоматическую коробку с управляющей электроникой, электронные элементы помощи водителю, маршрутный компьютер, помощь при подъеме в гору, подушки безопасности и так далее.

Применение

Электрооборудование автомобиля включает множество элементов, включая различные системы, проводку, элементы питания и так далее. В первую очередь оно предназначено для производства электрической энергии и ее доставки потребителям электроэнергии. Сегодня количество элементов, которые потребляют электрическую энергию, в том числе проводов, которые необходимы для доставки, распределения и управления, возросло в разы. Общая длина проводов и их толщина могут иметь суммарную массу более 50 кг. Это очень много, учитывая то, что количество электрических устройств все время увеличивается. Имеется большая вероятность, что к 2025 году сеть проводов в машинах может достичь почти 100 кг.

Для снижения веса электрических проводов сегодня широко применяются шины, которые предают цифровые сигналы. С помощью такой архитектуры можно существенно снизить вес и количество применяемых проводов. Это приводит к тому, что удается избавиться от сотен метров проводки, в том числе снизить стоимость затрат, ведь применяемая в проводах медь стоит довольно дорого.

В будущем проводка и электрооборудование автомобиля станет еще меньше, ведь будет применяться схема с одним центральным процессором. Именно сюда будет стекаться вся информация, процессор будет контролировать все системы электрооборудования машины. Все функции будут выполняться операционной системой. Исчезнет порядка 75 управляющих блоков, которые сегодня имеют собственные программы и алгоритмы действия.

Естественно, что благодаря уменьшению управляющих блоков и числа проводов. Электрооборудование автомобиля станет на порядок легче и компактнее. Это прибавит стабильности, ведь меньшее число компонентов обеспечивает меньшее количество сбоев. Автомобиль станет подобен компьютерному устройству. К нему можно будет с легкостью подключать новые девайсы и изменять параметры существующих. В большей части случаев можно будет поменять программу, то есть загрузить обновление, чтобы убрать ошибку.

Похожие темы:

Потребители электроэнергии. Сведения об электронных системах

Электрооборудование предназначено для обеспечения функционирования большинства систем транспортного средства.

Потребителями электроэнергии в транспортном средстве являются системы:

  • пуска двигателя (стартер)
  • освещения (наружного — фары, внутреннего — плафоны)
  • световой сигнализации (указатели поворота, стоп-сигнал)
  • звуковой сигнализации, связи (у гусеничных машин)
  • подогрева и электронные системы

Кроме того, электроэнергию потребляют контрольные приборы (амперметры, указатели температуры охлаждающей жидкости и др.), приводы управления механизмами и дополнительное оборудование (вентиляторы, стеклоочистители и т.д.).

Основным источником электроэнергии является генератор с приводом от двигателя ТС, а вспомогательном — аккумуляторная батарея. Источники энергии обеспечивают также зажигание рабочей смеси в цилиндрах карбюраторных и газовых двигателей, т.е. работу систем зажигания этих двигателей.

Источники электроэнергии связаны с потребителями проводами. На ТС (колесных и гусеничных) применяется однопров9дная система проводки, в которой положительные полюсы источников и потребителей, работающих только на постоянном токе, соединены друг с другом изолированными проводами. Отрицательные полюсы соединяются через металлические части ТС (корпус машины, рама и др.). Использование однопроводной системы обеспечивает экономию проводов и упрощает схему соединения электрооборудования. Приборы аварийного освещения некоторых ТС подключают к источникам электроэнергии с применением двухпроводной системы.

К электрооборудованию относятся также выключатели, отключатели «массы» (отсоединяющие отрицательный полюс источника электроэнергии от корпуса ТС), предохранители, приборы, обеспечивающие работу генератора и стартера. Выключатели, предохранители и соединительные панели, имеющиеся в электросхеме, составляют группу коммутационной аппаратуры. Приборы, кратковременно потребляющие ток большой силы, и приборы, работающие в аварийных случаях (например, стартер, сигнал, подкапотная лампа для подсветки и др.), подключены к линии «амперметр—аккумулятор», а остальные потребители электроэнергии — к линии «амперметр—генератор». Контрольные приборы, звуковой сигнал и подсветка включены в цепь через плавкие предохранители, защищающие их от перегрузки.

Схема автоматизации управления трансмиссией полноприводного автомобиля

Рис. Схема автоматизации управления трансмиссией полноприводного автомобиля

Схема электрооборудования гусеничной машины мало отличается от электросхемы автомобиля. Потребителями электроэнергии в гусеничных машинах являются, например, электродвигатели насосов, вентиляторов и других вспомогательных механизмов, а основными контрольно-измерительными приборами, обеспечивающими контроль за состоянием и работой всех систем, служат вольтамперметр, тахометр, спидометр, счетчик моточасов, манометры, термометры и др.

Вольтамперметр (комбинированный прибор) служит для измерения напряжения и силы тока, тахометр — для измерения частоты вращения коленчатого вала двигателя, а спидометр — для контроля скорости движения машины. Счетчик моточасов предназначен для измерения общей продолжительности работы двигателя.

Устройство и работу электрооборудования и приборов подробно изучают в специальных курсах по теории и эксплуатации ТС; схемы электрооборудования приводятся в техническом описании и инструкции по эксплуатации конкретной машины.

В настоящее время автотранспортная техника создается с применением электронных систем, заменяющих традиционные узлы электрооборудования: регуляторы напряжения, приборы подогрева ДВС, управления световой и звуковой сигнализацией, тахометры, спидометры и др. Электроника служит для контроля эксплуатационных параметров машин (расход топлива, режим работы ДВС, включения коробок передач и т.д.) и диагностики их технического состояния. Электронные устройства широко используются также для управления агрегатами трансмиссии, тормозными системами и т.д. Командная электромагнитная или электромеханическая аппаратура в электронных системах управляет исполнительными механизмами с гидро- или пневмоприводом. Широко внедряются различные микропроцессорные системы (ЭВМ), например, для автоматического управления переключением передач.

На рисунке представлена схема автоматизации управления трансмиссией автомобиля с межосевым фрикционным дифференциалом, задним активным дифференциалом и антиблокировочной системой (АБС). Эти устройства имеют общую гидравлическую систему и управляются одним компьютером, который в процессе движения автомобиля вычисляет оптимальный коэффициент блокировки и необходимую интенсивность перераспределения вращающего момента между колесами.

Система электроснабжения автомобиля.


Система электроснабжения




Общие сведения об электроснабжении автомобиля

Все элементы электрооборудования автомобиля можно разделить на две группы: источники электрического напряжения (или система электроснабжения), и потребители электрической энергии.

Система электроснабжения предназначена для питания всех электропотребителей, выполняющих функции, необходимые для нормальной работы автомобиля. Основу автомобильных систем электроснабжения составляют портативные источники электроэнергии – аккумуляторы и генераторы.

Современный автомобиль оснащен различными устройствами, использующими для своей работы электрическую энергию. Такие устройства называются электропотребителями, которые в совокупности с источниками или накопителями энергии образуют систему электрооборудования автомобиля.

Применение электрических и электронных устройств для функционирования различных систем, приборов, элементов и механизмов автомобиля очень удобно с технической точки зрения, поскольку электроэнергию можно накопить, она легко передается на расстояние, ее легко получить преобразованием других видов энергии, и, что немаловажно – без какой-либо обработки использовать по назначению.

Проблемным остается лишь вопрос накопления электроэнергии впрок, поскольку современные накопители – аккумуляторы (аккумуляторные батареи) – обладают ограниченной емкостью, и не способны обеспечивать функционирование потребителей длительное время. По этой причине автомобили оборудуются электрическими машинами — генераторами, способными преобразовывать механическую энергию в электрическую, отбирая часть механической энергии у работающего двигателя. Полученная таким образом электроэнергия используется для функционирования потребителей при работающем двигателе, а также для пополнения и поддержания необходимого запаса в аккумуляторной батарее.

Основными потребителями электроэнергии в автомобиле являются система зажигания, микропроцессорная система управления впрыском и зажиганием, система пуска двигателя, системы освещения и сигнализации, контрольно-измерительные приборы и различное дополнительное оборудование и устройства. Количество электрооборудования на автомобилях с каждым годом увеличивается, поэтому разработчикам и конструкторам приходится постоянно трудиться над усовершенствованием системы электроснабжения.

Как правило, для питания приборов электрооборудования автомобилей используется электрический ток постоянного напряжения 12 или 24 В. В автомобилях используется параллельное подключение приборов, а поскольку основные элементы автомобиля изготовлены из металла, являющегося хорошим проводником тока, как правило, системы электрооборудования составляются по однопроводной схеме. Вторым проводом в этом случае является металлические детали автомобиля, т. е. его корпус или так называемая «масса».



Для описания работы электрооборудования используется электрическая принципиальная схема (рис. 1.1, а), которая дает полное представление о взаимодействии всех ее элементов и облегчает поиск неисправностей. Главные питающие цепи в принципиальной электрической схеме располагаются горизонтально, а потребители электроэнергии – между ними и «массой» автомобиля.

Схема соединений (рис. 1) показывает действительное расположение элементов электрооборудования на автомобиле и фактическое подключение их в бортовую сеть автомобиля с указанием выхода из пучка каждого провода, расположения переходных колодок, элементов защиты цепи и т. д.

Как правило, к «массе» автомобиля подсоединены отрицательные выводы электросети.

Источниками электроэнергии на автомобиле являются генератор и аккумуляторная батарея, которые включаются параллельно друг другу.

При работающем двигателе генератор является основным источником электроэнергии и обеспечивает электроснабжение потребителей и подзарядку аккумуляторной батареи. При неработающем двигателе функция источника электроэнергии переходит к аккумуляторной батарее, которая также должна обеспечивать надежный пуск двигателя.

Поскольку автомобильные генераторы работают в режимах переменных частот вращения и нагрузок, изменяющихся в широких пределах, для автоматического поддержания электрического напряжения на заданном уровне применяют различные регуляторы напряжения.

***

Принцип работы свинцово-кислотного аккумулятора



К массовому появлению электромобилей нужно адаптировать энергосети / Habr

Электромобили всем хороши. Если взять машины Tesla, то они и безопасны (гораздо более безопасны, чем обычные авто с ДВС), и экологичны (некорректный, но модный термин, да), плюс могут бесплатно заряжаться на некоторых электро АЗС. В будущем, как уверены некоторые представители бизнеса и сторонники электромобилей, весь мир перейдет именно на электрокары.

Но здесь может быть проблема. Дело в том, что далеко не все электросети смогут выдержать такие нагрузки. Все мы хотя бы раз попадали в ситуацию, когда включенные в домашнюю сеть электроприборы вызывали отключение энергии. Сеть просто не выдерживала одновременную работу стиральной машины, микроволновки, отопительных приборов и еще пары мелочей. То же самое, только в большем масштабе и с некоторыми оговорками, может случиться, если все начнут переходить на электромобили.

В целом, пока эта проблема грозит только тем регионам, где граждане привыкли к личным автомобилям и имеют зачастую не одну, а две или три машины на семью. Маттео Муратори, исследователь из Национальной лаборатории возобновляемой энергии (Колорадо, США) провел некоторые подсчеты, которые позволили понять, что современные электросети не слишком приспособлены к засилию электромобилей. Если такие машины будут быстро распространяться, то в некоторых регионах возможны проблемы с поставками энергии.

В исследовании Муратори оценил долю электромобилей от общего их объема в разных регионах от 3 процентов до 100 процентов. По США, к примеру, эта цифра меньше и составляет всего 0,9%. Но это «средняя температура по больнице». Если же взять меньший масштаб, мы увидим, что в некоторых регионах страны электромобилей больше, чем во всех остальных регионах. Особенно актуальна проблема с нанесением ущерба электросетям для электромобилей, которые заряжаются с использованием «быстрой» зарядной станции.

Муратори эмулировал изменения в потребности в электроэнергии для разных штатов Америки. Для своей работы он использовал данные, которые можно получить в открытом доступе. Кроме того, он решил провести исследование «вживую». Так, он выбрал 200 домохозяйств, которые насчитывали в общем количестве 248 автомобилей. В целом, если, скажем, четверть электромобилей заменить на электрокары, н ничего страшного не произойдет, хотя энергопотребление региона с ними будет выше, чем везде.

Правда, то того момента, как владельцы электромобилей не начнут все поголовно использовать быстрые зарядки. Это очень удобно, поскольку не требуется ждать рядом с электромобилем по многу часов, пока он зарядится. Но энергии требуется больше.

Ученый просчитал изменения, которые могут произойти, если владельцы электромобилей станут использовать такие зарядные станции. Как оказалось, проблема действительно актуальна — это не выдумка. Еще сильнее она раскрывается, если взять меньший масштаб — скажем, всего шесть домохозяйств с 12 электрокарами. До тех пор, пока электромобили будут заряжать обычным способом, проблемы не возникнет. Но если все водители станут использовать быстрые зарядки, то начнутся блэкауты.

По мнению ученого, решить проблему можно, если заряжать электрокары не все вместе, а раздельно, согласно определенному плану. Например, этот дом заряжает свои автомобили с 11 до 15, а другой — с 15:00 до 21:00. Кроме того, ученый считает, что можно использовать умные зарядные станции, которые смогут адаптировать потребление энергии для каждого электромобиля.

Этот же ученый говорит, что широкое распространение электрокаров может быть проблемным лишь поначалу, пока инфраструктура не будет адаптирована под зарядку электромобилей. С течением времени все будет изменено и адаптировано, так что никто не заметит никаких неудобств. Правда, до этого момента еще долго времени, так что у правительства и граждан районов, где много электромобилей, если все шансы поговорить и найти точки соприкосновения.

Источники энергии автомобиля | Теория

Для движения автомобиля нужна энергия. Только на спусках или после разгона автомобиль может пройти некоторый отрезок пути без помощи двигателя, расходуя энергию, накопленную за время подъема или разгона. Во всех прочих условиях и для подъема на вершину, с которой начинается спуск, и для разбега источником энергии на автомобиле служит двигатель. На подавляющем большинстве автомобилей — это поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий на жидком нефтяном топливе (бензине, дизельном топливе) или на газе (газогенераторные и газобаллонные автомобили). Существуют также электрические, паровые, газотурбинные автомобили. Впрочем и поршневой двигатель внутреннего сгорания здесь изучать не будем, поскольку применительно к теории автомобиля необходимо знать о двигателе сравнительно немного. Такие разделы теории автомобиля, как устойчивость, управляемость, плавность хода, вовсе или почти не связаны с работой двигателя. Работа двигателя имеет наибольшее значение для динамики и экономики автомобиля.
Энергия автомобиля

О двигателе нужно сейчас знать лишь, что дает двигатель для движения автомобиля, т.е. знать так называемые скоростные характеристики двигателя; кроме того, надо знать, в каком количестве двигатель расходует топливо, т.е. знать его так называемую экономическую или топливную характеристику.

Вспомним, что величина мощности означает число килограммов, которые могут быть подняты на высоту 1 м в 1 сек. 1 лошадиная сила — это мощность, необходимая и достаточная для того, чтобы поднять 75 кг на высоту 1 м в 1 сек., а 52 л. с. (мощность двигателя автомобиля М-20 «Победа»), чтобы поднять в то же время на ту же высоту 52 * 75 = 3900 кг. Если ввести в систему передачи пару шестерен с передаточным числом, например 2 (ведомая шестерня вдвое больше ведущей), можно будет поднимать вдвое больший груз, но зато и вдвое медленнее, так что мощность останется неизменной.

Таким образом мощность, переданная к ведущим колесам автомобиля, не может быть больше мощности, полученной от двигателя, какие бы устройства не были применены в системе передачи усилия от двигателя к колесам.

Другое дело — крутящий момент, величина которого равна произведению числа килограммов, которые могут быть сдвинуты рычагом или вращающимся колесом, на длину этого рычага или радиус колеса. Ясно, что, меняя длину рычага или радиус колеса, можно уменьшать или увеличивать момент. Если наибольший крутящий момент двигателя М-20 равен 12,5 кгм, то это значит, что при радиусе маховика этого двигателя, равном 200 мм, можно закрепить на маховике груз, равный 62,5 кг, и стронуть этот груз с места вращением маховика при работе двигателя:

62,5 кг * 0,2 = 12,5 кгм

Для того чтобы сдвинуть с места автомобиль, потребуется значительно больший момент, и этот момент можно получить, вводя в систему силовой передачи пары шестерен с соответствующими передаточными числами. Перемещение автомобиля в момент трогания с места будет происходить медленнее, чем происходило бы перемещение груза на ободе маховика.

Скоростные характеристики представляют собой кривые изменения мощности и крутящего момента, развиваемых двигателем, в зависимости от числа оборотов его вала при полной или частичной подаче топлива (дизель) или открытии дроссельной заслонки (карбюраторный двигатель).

 Внешние характеристики двигателей показывает изменение мощности и крутящего момента, разбиваемых при разных числах оборотов вала. Слева — характеристики двигателей легковых автомобилей, справа — грузовых

Рис. Внешние характеристики двигателей показывает изменение мощности и крутящего момента, разбиваемых при разных числах оборотов вала. Слева — характеристики двигателей легковых автомобилей, справа — грузовых.

Наиболее важной является скоростная характеристика двигателя, построенная для двигателя, работающего при полностью открытой дроссельной заслонке. Такую характеристику называют внешней.

Внешнюю характеристику вычерчивают на основе испытания двигателя на стенде, называемом тормозным.

Принцип испытания может быть объяснен схематически следующим образом:

  • двигатель работает с заданным числом оборотов вала, которое измеряют тахометром
  • на продолжении вала устанавливают тормоз
  • этим тормозом задерживают вращение вала двигателя и определяют силу, которая для этого потребовалась
  • производя необходимые расчеты, определяют мощность двигателя и его крутящий момент при заданных оборотах
  • повторяя испытания для разных чисел оборотов, наносят на график ряд точек и проводят через эти точки кривые мощности и крутящего момента двигателя

Во внешней характеристике двигателя наиболее существенными являются самые верхние точки кривой — точки, соответствующие наибольшим (или максимальным) мощности и моменту, которые обычно и записываются в технические характеристики автомобилей и их двигателей; например, для двигателя автомобиля М-20 «Победа»:

  • наибольшая мощность 52 л.с. при 3800 об/мин;
  • наибольший крутящий момент 12,5 кгм при 1800 об/мин.

В результате большого накопленного опыта по испытаниям двигателей удалось найти формулы, по которым можно строить приблизительную внешнюю характеристику любого двигателя, зная только его наибольшую мощность и соответствующее ей число оборотов вала. Вот одна из простейших и достаточно точных формул для подсчета мощности карбюраторного двигателя (формула С.Р.Лейдермана):

f

где Nе — искомая мощность при данном числе оборотов;
Nm — наибольшая мощность;
n — данное число оборотов;
nm — число оборотов, соответствующее наибольшей мощности.

Частичная скоростная характеристика двигателя показывает изменение мощности, развиваемой при различном открытии дроссельной заслонки карбюратора

Рис. Частичная скоростная характеристика двигателя показывает изменение мощности, развиваемой при различном открытии дроссельной заслонки карбюратора.

Если известны мощность и соответствующее ей число оборотов вала, крутящий момент можно подсчитать по формуле

М = 716,2* N/n

Если в формулу подставлять значения мощности, подсчитанные по предыдущей формуле, наибольший крутящий момент для современных двигателей получится меньшим, чем в действительности, примерно на 15%.

Скоростные характеристики, построенные для двигателя, работающего при неполном (частичном) открытии дроссельной заслонки, называют частичными.

Экономическая характеристика двигателя отражает удельный расход топлива, т.е. расход топлива в граммах на 1 лошадиную силу в час; эта характеристика, как и скоростные характеристики двигателя, может быть построена для работы двигателя при полной нагрузке или частичных нагрузках.

Экономические характеристики двигателя

Рис. Экономические характеристики двигателя М-20 «Победа» при различном открытии дроссельной заслонки.

Важно отметить, что при уменьшении открытия дроссельной заслонки на получение каждой лошадиной силы мощности приходится затрачивать больше топлива. При неизменном положении дроссельной заслонки расход топлива зависит от скорости вращения вала двигателя, причем наименьший расход получается при меньшем числе оборотов вала, чем число оборотов, соответствующее максимальной мощности.

Пользуясь экономической характеристикой двигателя и зная передаточные числа силовой передачи автомобиля, радиус качения колеса и условия движения, можно определить расход топлива автомобилем при движении с данной скоростью.

Приведенное описание характеристик двигателя является несколько упрощенным, но достаточно для практической оценки динамической и экономической характеристики автомобиля.

Откуда взять энергию для электромобилей никто не знает

Одним из основных аргументов сторонников электромобилей является довод о том, что их распространение уменьшит вредное воздействие на окружающую среду. Однако при этом мало кто задумывается о том, откуда возьмется колоссальное количество электроэнергии, необходимой на поддержание огромного парка электрокаров.

На сегодняшний день в мире насчитывается более 1,2 млрд. машин, но, скорее всего, их даже больше. По замыслу сторонников «чистого» транспорта, все они должны быть переведены на электричество. Среднее количество энергии, требующееся авто с электромотором на преодоление 100 км пути, составляет 20 кВт⋅ч. Согласно приблизительным подсчётам, мировой пробег автомобилей без учёта грузовиков превышает 25 млрд. км. Чтобы проделать этот путь электромобилям, понадобится 5000 миллиардов киловатт электричества. Цифра огромная: для производства такого объёма энергии понадобится либо около 450 атомных станций, либо 400 электростанций, использующих уголь, либо 4000 гидроэлектростанций.

Существуют также возобновляемые источники энергии, однако, невзирая на огромную работу, проводимую в этом направлении, за счёт ветра реально получить порядка 77 млрд. кВт в год, за счёт солнца – 38 млрд. Более того, эти источники энергии не являются бесперебойными, поэтому всё равно используется подстраховка в виде угля.

Повсеместное внедрение электромобилей избавит мир от проблемы исчерпания ископаемых, но при этом создаст новые сложности. Некоторые политики заявляют о возможности полного перехода на возобновляемые источники энергии, однако эксперимент по отказу от атомных станций в Германии привёл к тому, что в стране увеличилось сжигание угля.

Несмотря на немалое количество противников атомной энергии, она по-прежнему продолжает использоваться многими странами, включая США, Великобританию и др. Можно предположить, что с учётом возрастающей популярности электрокаров для выработки требуемого объёма электроэнергии будут задействованы все доступные способы, ибо альтернативные варианты не в состоянии в полной мере удовлетворять растущим потребностям.

В настоящее время пятая часть всей добываемой нефти идёт на покрытие нужд грузовых автомобилей, которых насчитывается более 250 млн. Начиная с начала 2000 года, использование нефти в данной сфере растет стремительнее, нежели её потребление воздушным транспортом и промышленностью. Потребление составляет 17 млн баррелей в год. Естественно, это не может не сказываться на окружающей среде.

Частично решить проблему способен гибридный транспорт, однако основное инвестирование направлено именно на полностью электрические модели. Более логичным было бы сделать акцент на гибридные авто, в которых во время движения на бензине или дизельном топливе батарея подзаряжалась, что уменьшило бы нагрузку на электросеть, что, в свою очередь, привело бы к уменьшению зависимости от электростанции и от необходимости постройки новых.

Защитники природы, ратующие за полный отказ от применения ископаемого горючего, зачастую не берут во внимание проблемы производства электрической энергии, которые обязательно дадут о себе знать. В связи с этим получается, что гибридные варианты более способствуют решению «зелёных» задач, хотя и предполагают использование традиционных видов топлива.

Нельзя упускать из внимания и такой факт, как необходимость утилизации выработавших свой ресурс аккумуляторов. Кроме того, для их производства требуются кобальт, литий и никель, добыча которых увеличивается. Помимо этого, нет никаких гарантий, что утилизация батарей будет осуществляться должным образом.

Но в ближайшее время все эти проблемы вряд ли приобретут острый характер, поскольку внедрение электрокаров и замена транспорта с ДВС будет происходить не так стремительно, как того хотелось бы сторонникам движения. Большинство компаний и государственных чиновников не стремятся заглядывать в далёкое будущее, считая, что сначала надо создать достаточное число электромобилей, а потом уже разбираться, что делать дальше. К тому же, прогресс в деле развития альтернативных источников энергии невозможен без постоянных государственных дотаций: стоит им прекратиться, как неизбежны провалы.

Резюмируя вышесказанное, можно выделить следующие моменты:

  • увеличение количества электромобилей нужно приветствовать, так как оно приводит к уменьшению уровню шума и загрязнения воздуха в городах, однако нельзя забывать и о том, что пока основную долю электроэнергии производят станции, работающие на угле, оказывающие существенную нагрузку на окружающую среду;
  • солнце и ветер – отличные источники энергии, но они не в состоянии удовлетворить возрастающим потребностям человечества в ней;
  • отказ от атомной энергетики сейчас проблематичен – разумнее было бы работать в направлении повышения безопасности электростанций и решать вопрос с хранением отработавших топливных стержней.

Ю.В. Бурцев Электрооборудование автомобилей

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра эксплуатации автомобилей

Электрооборудование автомобилей

Методические указания, вопросы для самопроверки и задания на контрольную работу для студентов всех форм обучения специальности 150200 «Автомобили и автомобильное хозяйство»

Составители Ю.В. Бурцев Р.Р. Масленников

Рассмотрено и утверждено на заседании кафедры Протокол № 4 от 10.04.02

Рекомендовано к печати учебно-методической комиссией специальности

150200

Протокол № 15 от 16.04.02 Электронная копия находится в библиотеке ГУ КузГТУ

Кемерово 2002

1

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Современные автомобили снабжены хорошо развитой системой электрооборудования. Электрическая энергия используется для пуска двигателя, зажигания рабочей смеси, освещения, работы: приборов сигнализации; контрольно-измерительных и разнообразных вспомогательных приборов.

Дальнейшее развитие электрооборудования автомобилей базируется на использовании полупроводниковых приборов, повышении мощности генераторов в связи с увеличением количества потребителей электроэнергии, внедрении электронных систем для автоматизации управления двигателем и автомобилем. При совершенствовании конструкции приборов электрооборудования особое внимание уделяется повышению их надежности и долговечности, а также упрощению технического обслуживания и ремонта.

Инженер-механик автомобильной специальности должен разбираться в вопросах применения электроэнергии на автомобилях, знать принцип действия и конструкцию приборов электрооборудования различных типов, способы поиска и устранения неисправностей, техническое обслуживание электрооборудования автомобилей. Следует отметить, что почти 20% всех отказов и неисправностей, возникающих при эксплуатации автомобилей, случается в системе электрооборудования.

Цель методических указаний – оказать помощь студентам заочной формы обучения специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» в самостоятельной работе по изучению курса «Электрооборудование автомобилей».

Курс «Электрооборудование автомобилей» базируется на знании физики, химии, электротехники, механики. Программа курса делится на следующие разделы:

1.Введение.

2.Аккумуляторные батареи.

3.Генераторные установки.

4.Стартёры.

5.Система зажигания.

6.Освещение, сигнализация и вспомогательное оборудование. По курсу «Электрооборудование автомобилей» читаются лекции,

выполняется одна контрольная работа и проводятся лабораторнопрактические занятия, после выполнения этих работ сдаётся зачет.

2

ЛИТЕРАТУРА

При изучении курса можно пользоваться следующими учебника-

ми:

1.Ютт В.Е. Электрооборудование автомобилей. М.: Транспорт, 2000. 320 с.

2.Электрооборудование автомобилей / C.В. Акимов, Ю.П. Чиж-

ков. М.: За рулём, 2001. 384 с.

3.Ильин Н.М. Электрооборудование автомобилей. М.: Транспорт, 1982. 263 с.

1. ВВЕДЕНИЕ

Классификация электрооборудования автомобиля.

Условия эксплуатации электрооборудования и основные требования, предъявляемые к автомобильному оборудованию.

Литература [1, с. 4-11].

При изучении вводной части курса обратить внимание на следующее:

-для каких целей используется электроэнергия на автомобиле;

-основные элементы систем электрооборудования и их назначение;

-требования, предъявляемые к электрооборудованию современных автомобилей.

Вопросы для самопроверки

1.1.Для каких целей применяется электрооборудование на автомобиле?

1.2.Перечислите основные потребители электроэнергии на автомобилях.

1.3.Из каких элементов состоит система электропитания?

1.4.Из каких элементов состоит система электропуска?

1.5.Из каких элементов состоит система зажигания?

1.6.Из каких элементов состоит система освещения?

1.7.Перечислите основные требования, предъявляемые к автомобильному электрооборудованию.

3

2. АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ

При изучении этого раздела необходимо уяснить, какие химические процессы происходят при разряде и заряде свинцового аккумулятора, разобраться в характеристиках его разряда и заряда, уяснить зависимость разрядных характеристик от величины разрядного тока и температуры электролита. Иметь понятие об ЭДС, напряжении, ёмкости и внутреннем сопротивлении аккумулятора.

После этого нужно перейти к конструктивным особенностям стартёрных аккумуляторных батарей (АБ), обратив внимание на их маркировку и технические требования, предъявляемые к ним.

В завершение необходимо запомнить основные правила эксплуатации стартёрных АБ, разобраться в том, как приготовить электролит и какую плотность его нужно поддерживать в батарее, ознакомиться с приборами для проверки состояния батареи, изучить способы устранения наиболее характерных неисправностей, обратив внимание на технику безопасности при работах с АБ.

Литература [1, глава 2; 2, раздел 1.5; 3, параграфы 2-10].

Вопросы для самопроверки

2.1.Для чего служит АБ на автомобиле?

2.2.Из каких веществ состоит активная масса положительных и отрицательных пластин свинцовой АБ?

2.3.Какие химические процессы происходят при разряде и заряде свинцовой АБ?

2.4.Что называют ЭДС покоя АБ? Напишите эмпирическую формулу для её вычисления.

2.5.Что называют ёмкостью АБ? При каких условиях ее определяют, от каких факторов она зависит?

2.6.Как определяют ёмкость АБ при последовательном и параллельном соединении аккумуляторов?

2.7.Что называют внутренним сопротивлением АБ и от каких факторов оно зависит?

2.8.Из каких основных частей состоит стартёрная свинцовая АБ?

2.9.Как маркируют свинцовую стартёрную АБ отечественного производства?

4

2.10.Какой должна быть плотность электролита АБ в зависимости от климатических условий?

2.11.С помощью каких приборов осуществляют проверку состояния АБ при эксплуатации?

2.12.В каких случаях следует доливать в АБ дистиллированную воду, а в каких электролит?

2.13.Перечислите наиболее характерные неисправности свинцовых АБ, назовите способы их устранения.

2.14.Какие способы заряда АБ вы знаете? Какое оборудование применяют при зарядке?

2.15.Меры предосторожности при работах с АБ.

2.16.Каков максимальный срок хранения сухозаряженной АБ?

3. ГЕНЕРАТОРНЫЕ УСТАНОВКИ

В этот раздел входит изучение современных генераторов. Их преимущества перед генераторами постоянного тока. Ознакомление с конструкциями и принципом действия генераторов, способами автоматического регулирования напряжения генераторами.

Принцип действия регуляторов напряжения. Работа электронного транзисторного регулятора напряжения Я112-А.

Важное значение имеет ознакомление с основами эксплуатации генераторных установок: характерными неисправностями, методами проверки технического состояния как генераторов, так и их регуляторов напряжения.

Литература [1, глава 3; 2, разделы 1.2, 1.3, 1.4, 3; параграфы 11-

16].

Вопросы для самопроверки

3.1.Каково назначение генератора на автомобиле?

3.2.Из каких основных частей состоит автомобильный генератор?

3.3.Основные требования, предъявляемые к генератору.

3.4.Почему необходимо применять автомобильный регулятор работы генератора?

3.5.Преимущества генератора переменного тока перед генератором постоянного тока.

5

3.6.Изменением какого параметра осуществляется регулирование напряжения автомобильного генератора?

3.7.Схемное и конструктивное исполнение регуляторов напряже-

ния.

3.8.Перечислите наиболее характерные неисправности генераторов, их причины и способы устранения.

3.9.Назовите основные неисправности регуляторов напряжения и способы их устранения.

3.10.В чём заключаются основные операции технического обслуживания генераторов?

3.11.Наиболее характерные неисправности генераторных установок и способы их устранения.

4. СТАРТЁРЫ

Ознакомиться с пусковыми характеристиками двигателя внутреннего сгорания (ДВС), обратив внимание на величину минимальной пусковой частоты вращения и зависимость её от времени пуска.

Изучить особенности стартёрных электродвигателей и их электрические характеристики, какие факторы оказывают влияние на их величину. После этого следует изучить устройство стартёров и схемы управления ими. При этом нужно запомнить требования, которым должен удовлетворять сцепляющий механизм.

В заключение нужно уяснить особенности эксплуатации стартёров, основные операции по уходу, регулировке, неисправности и методы испытания стартёров.

Литература [1, глава 4; 2, разделы 2.3-2.7; 3, глава 3].

Вопросы для самопроверки

4.1.Что понимается под минимальной пусковой частотой вращения коленчатого вала ДВС?

4.2.Что представляет собой автомобильный стартёр?

4.3.Объясните работу схемы включения стартёра.

4.4.Работа механизма привода стартёра.

4.5.Для чего служат втягивающая и удерживающая обмотки тягового реле?

6

4.6.В чем заключается техническое обслуживание стартёра? Каковы основные неисправности стартёра?

4.7.Проверка и устранение неисправностей стартёра.

4.8.Учитывается ли падение напряжение в проводах и «массе» при определении пусковой мощности стартёра?

5. СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ

Назначение и принцип действия системы зажигания ДВС на примере классической системы батарейного зажигания. Контактнотранзисторная система зажигания, электронные системы зажигания. Достоинства и недостатки указанных систем зажигания.

На работу ДВС бензиновых двигателей большое влияние оказывает момент зажигания рабочей смеси. Поэтому надо обстоятельно разобраться, для чего необходимо изменять угол опережения зажигания на разных режимах двигателя и как это делается.

Необходимо твёрдо знать конструкцию элементов системы зажигания (катушки зажигания, распределителя зажигания, коммутатора, свечей, проводов), условия их работы на двигателе. Иметь понятие о тепловой характеристике свечей зажигания, помнить их маркировку.

Изучение этого раздела можно будет считать законченным после получения твёрдых знаний по основам эксплуатации системы электрического зажигания (правила ухода, способы устранения характерных неисправностей, методы проверки технического состояния, порядок установки зажигания на двигателе).

Литература [1, глава 6; 2, глава 3; 3, глава 2].

Вопросы для самопроверки

5.1.Что называется пробивным напряжением? Какие факторы влияют на его величину?

5.2.Что называется коэффициентом трансформации катушки за-

жигания?

5.3.Почему воспламенение рабочей смеси должно происходить раньше, чем поршень дойдёт до верхней мёртвой точки? Что называется углом опережения зажигания? Почему необходимо менять угол при изменении нагрузки двигателя?

7

5.4.Назовите основные детали свечи зажигания. Из каких материалов изготавливают изоляторы свечей?

5.5.Как маркируют свечи отечественного производства?

5.6.Что произойдёт, если «горячую» свечу установить на форсированный двигатель?

5.7.Начертите схему классической системы батарейного зажигания и объясните работу этой схемы.

5.8.Что называется периодом работы прерывателя?

5.9.Каковы примерные значения напряжений, необходимые для пуска холодного двигателя и работы прогретого двигателя?

5.10.Чему равна (примерно) минимальная энергия, необходимая для воспламенения горючей смеси, и какова энергия искры современных систем зажигания?

5.11.Как зависит величина тока разрыва от режима работы двига-

теля?

5.12.Как определяют время замкнутого состояния контактов прерывателя, зная число цилиндров, тактность и частоту вращения коленвала?

5.13.От чего зависит величина вторичного напряжения катушки зажигания?

5.14.С какой целью применяют конденсатор в схеме системы зажигания с контактным прерывателем?

5.15.Какой величины устанавливают зазоры между электродами свечей зажигания?

5.16.Каков примерный ресурс свечей зажигания, в том числе форсированных двигателей?

5.17.Какая свеча «холоднее» А22Н или А17ДВ?

5.18.С какой целью в центробежном регуляторе используется одна пружина жёсткая, а другая менее жесткая?

5.19.Почему катушку зажигания от классической системы зажигания нельзя использовать в контактно-транзисторной?

5.20.В чём отличие бесконтактно-транзисторной системы зажигания от контактно-транзисторной?

5.21.Для чего служит вакуумный регулятор опережения зажигания? Как он работает?

5.22.Назовите основные неисправности свечей, катушки зажигания, прерывателя-распределителя? Способы их устранения.

5.23.Как выполняется установка момента зажигания?

8

6. ОСВЕЩЕНИЕ, СИГНАЛИЗАЦИЯ И ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

В этом разделе изучаются потребители электроэнергии на автомобиле. Исключительно важное значение для безопасности движения по дорогам имеет система освещения. Поэтому следует ознакомиться с основными параметрами, характеризующими осветительные и светосистемные приборы: активная поверхность оптической системы, световое отверстие, телесный угол охвата, угол излучения и рассеивания, фокус и фокусное расстояние реальной системы, коэффициент пропускания и поглощения. Изучить устройство ламп. Ознакомиться с рабочим процессом и конструктивными особенностями галогенных ламп Н1, Н2, Н3, Н4, обратив внимание на различное исполнение цоколей этих ламп.

Основные требования, предъявляемые к осветительным приборам. Фары с европейской системой светораспределения и американской. Противотуманные фары. Правила ухода за фарами и порядок их регулировки.

Должное внимание необходимо уделить изучению конструкции и принципов действия приборов сигнализации, контрольных приборов, стеклоочистителя, отопителя и другого вспомогательного оборудования, а также уходу за этим оборудованием.

Литература [1, глава 6; 2, глава 3; 3, глава 2].

Вопросы для самопроверки

6.1.Каким двум противоречащим требованиям должны удовлетворять автомобильные фары?

6.2.Что собой представляет оптическая система фар?

6.3.Какая разница между двухнитевыми лампами американского

иевропейского типов?

6.4.Что такое «европейский» асимметричный ближний свет?

6.5.Объясните принцип работы галогенных ламп.

6.6.Какие из галогенных ламп выпускаются с двумя нитями накала ближнего и дальнего света?

6.7.Как устроены сигнальные и габаритные фонари? Каким требованиям они должны удовлетворять?

6.8.Как действуют указатели поворотов?

9

6.9.Как работает стеклоочиститель?

6.10.Принцип действия спидометра и его устройство.

6.11.Как устроен указатель уровня топлива?

6.12.Устройство и работа указателя уровня масла.

6.13.Устройство и принцип действия указателя температуры в системе охлаждения.

6.14.Как устроен и работает звуковой сигнал?

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

При выполнении контрольной работы нужно решить три задачи и ответить на пять вопросов из приведённого ниже списка. Задачи и вопросы разбиты на 20 вариантов: 10 чётных и 10 нечётных. Выбор варианта проводится по двум последним цифрам шифра студента. Если предпоследняя цифра чётная, то вариант берётся из чётной группы, а если нечётная, то вариант берётся из нечётной группы. Последняя цифра шифра соответствует номеру варианта.

Номера вопросов приведены в табл.1. Отвечая на вопрос, сначала надо выписать его текст, а затем изложить содержание ответа своими словами, по возможности кратко, но достаточно исчерпывающе.

Номера контрольных вопросов.

 

 

 

 

 

Таблица 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

№ варианта

 

 

 

 

 

№ вопроса

 

 

 

 

 

Нечётная группа

 

Чётная группа

0

1,

11,

21,

31,

41

 

2,

12,

22,

32,

42

1

3,

13,

23,

33,

43

 

4,

14,

24,

34,

64

2

5,

15,

25,

45,

65

 

6,

16,

26,

36,

46

3

7,

17,

27,

37,

47

 

8,

18,

28,

38,

48

4

9,

19,

29,

39,

49

 

10, 20,

30,

40,

50

5

3,

17,

35,

55,

75

 

4,

18,

42,

48,

58

6

7,

19,

25,

51,

61

 

12,

32,

62,

68,

76

7

33,

45,

59,

69,

79

 

10,

36,

56,

70,

80

8

35,

53,

63,

73,

77

 

34,

44,

52,

74,

78

9

19,

47,

57,

67,

71

 

24,

54,

60,

66,

72

Ответы на вопросы должны содержать необходимые теоретические положения, схемы, эскизы конструкций и цифровой материал.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о