Богатырев А.В., Есеновский-Лашков Ю.К. и др. Автомобили

Подождите немного. Документ загружается.

зок должны быть оборудованы спальным местом. Ряд европейс-

ких фирм изготовляет кабины с высокой крышей для размеще-

ния наверху спального места. При этом длину кабины уменьша-

ют примерно на 400 мм, а длину грузовой платформы увеличи-

вают.

Одна из важных задач, решаемых при конструировании авто-

мобиля,

—

снижение вибронагруженности места водителя. Для ре-

шения ее применяют, например, пневмоподвески сидения с авто-

матическим изменением его упругости в зависимости от массы во-

дителя.

Обязательными элементами активной безопасности являются

стеклоочистители и стеклоомыватели.

Сиденья состоят из металлических каркасов с пружинными

сетками, подушек 6и спинок <?(рис. 25.1, б), покрытых формован-

ной губчатой резиной, набивкой и декоративной обивкой. Пере-

дние сиденья автомобилей можно перемещать в продольном на-

правлении и изменять наклон их спинки.

Сиденье установлено на специальных салазках. При повороте

рычага его можно перемещать и фиксировать в нескольких поло-

жениях, определяемых прорезями в салазках. Вращением рычага 9

регулируют положение спинки. Заднее сиденье легковых автомо-

билей трехместное. Устройство его подушки и спинки такое же,

как и передних сидений. При необходимости спинка может пово-

рачиваться, обеспечивая увеличение объема.

Ремни безопасности удерживают тело человека от удара о

стекло и приборную доску при столкновении с препятствием.

Ремни имеют тормоз, который допускает медленное перемещение

тела, но при резком движении, возникающем при ударе, стопорит

ремень. Одна ветвь ремня

—

диагональная через грудь, вторая

—

поясная. Ремни закреплены в трех точках: стойке кузова, пороге

кузова и замке.

В зарубежных машинах среднего и высшего класса широко

применяют подушки безопасности. При столкновении они напол-

няются сжатым газом из баллончика за несколько миллисекунд,

создавая преграду между телом человека и твердыми деталями па-

нели приборов, ветровым стеклом и рулевым колесом.

25.3. СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ, ОТОПЛЕНИЯ

И КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ

Система отопления и вентиляции кузова служит для создания в

салоне и кабине комфортного микроклимата, определяемого тем-

пературой, влажностью, наличием токсических примесей в возду-

хе. Комфортными считаются температура воздуха в салоне 18...

22 °С, влажность 60 %, минимум СО и С0

, отсутствие посторон-

420

них запахов. Исследованиями установлено, что тепловой режим в

кабине или кузове существенно влияет на число ошибок, совер-

шаемых водителем, а следовательно, и на число аварий. При тем-

пературе, превышающей оптимальную, воздух можно охлаждать с

помощью кондиционера, а при понижении температуры

—

под-

ключать систему отопления.

Наиболее распространена система отопления с использовани-

ем тепловой энергии от системы охлаждения двигателя (при жид-

костном охлаждении) или системы выпуска отработавших газов

(при воздушном охлаждении). В первом случае вода из системы

охлаждения поступает в теплообменник. Во втором случае в вы-

пускном трубопроводе предусматривают водяную рубашку, из ко-

торой горячая вода также подается в теплообменник.

Система отопления может иметь и собственный источник теп-

лоты. В этом случае она состоит из подогревателя (топливный на-

сос с электроприводом, распылитель, свеча), теплообменника и

вентилятора с электродвигателем. Система вентиляции и отопле-

ния должна подавать в кузов не менее

/мин наружного воздуха

для одного человека.

С целью вентиляции воздух поступает в салон (кабину) через

воздухозаборник (рис. 25.2) на капоте, проходит через отопитель,

весь салон и выходит через вытяжные люки в задней части салона.

Направление движения горячего воздуха регулируется специаль-

ной заслонкой. Радиатор отопителя б включен в систему охлажде-

ния двигателя. Система отопления и вентиляции позволяет не

только регулировать количество поступающего воздуха (с помо-

щью крышки 4), но и смешивать холодный и горячий потоки воз-

духа (с помощью рукояток 1 и 2, заслонки J), направлять теплый

воздух на лобовое стекло, в салон или к ногам водителя (дефлек-

торы). При движении

автомобиля приток воз-

духа обеспечивается за

счет скоростного напора

наружного воздуха, при

стоянке — электровен-

тилятором.

Система кондициони-

рования воздуха обеспе-

чивает не только желае-

мый тепловой режим, но

и требуемую влажность.

Воздух нагнетается вен-

тилятором через затвор-

ник в охладитель, и да-

лее он поступает в кузов

через люки. В охладите -

421

с=>

Холодный

Рис. 25.2. Схема отопления, вентиляции кабины

и обдува ветрового стекла:

7 —рукоятка крышки воздухозаборника; 2—рукоятка

заслонки; J—заслонка; крышка воздухозаборни-

ка; 5— вентилятор; 6— радиатор отопителя; 7— рас-

пределитель

ле теплота поглощается охлаждающей жидкостью (фреон, аммиак

и др.), которая испаряется. Пары жидкости поступают в компрес-

сор, а из него в радиатор, где опять превращаются в жидкость. Из

радиатора жидкость поступает в ресивер, а из него в охладитель.

Система имеет перепускной клапан, которым регулируется сте-

пень охлаждения. Поскольку кондиционеры являются мощными

потребителями электроэнергии, то в современных машинах часто

для их питания применяется напряжение 24 В.

К системе создания комфорта относят аудио- и видеосистемы.

Контрольные вопросы и задания

1. Перечислите эргономические требования к рабочему месту водителя. 2. Как

регулируют сиденье водителя в продольном направлении и наклон спинки? 3. Как

действует ремень безопасности при столкновении автомобиля с препятствием?

4. Какие существуют системы вентиляции и отопления кабины, салона? 5. Объяс-

ните действие системы кондиционирования салона автомобиля.

Раздел VII

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ

Эксплуатационные качества автомобиля во многом определя-

ются работой электрооборудования, надежностью и эффективнос-

тью его составных частей и приборов. Его стоимость достигает

30 % стоимости всего автомобиля. В то же время на электрообору-

дование вместе с системой зажигания приходится до 30 % всех

отказов автомобиля.

Электрооборудование предназначено для выработки электри-

ческой энергии (электроснабжения), обеспечения работы системы

зажигания, пуска, освещения и сигнализации, диагностирования,

а в современных автомобилях и для автоматического управления

двигателем, трансмиссией и другими агрегатами, обеспечения без-

опасности движения, комфорта в салоне и т. д.

Электрооборудование может быть выполнено по двухпровод-

ной и однопроводной системам. В основном применяют после-

днюю, где в качестве второго провода использована «масса», т. е.

металлические детали автомобиля. Это снижает расход меди, но

одновременно и надежность, так как более вероятна опасность

короткого замыкания. С «массой» соединен минусовый вывод ис-

точников электрической энергии. На всех автомобилях применя-

ется постоянный ток, что определяется использованием аккуму-

ляторных батарей. Напряжение сети 12 В. В последнее время по-

являются системы, где для питания мощных потребителей (кон-

диционеров и т. п.) применяется дополнительная система

напряжением 24 В.

Все приборы электрооборудования делят на две группы: источ-

ники энергии, которые вместе с регулирующей аппаратурой состав-

ляют систему энергоснабжения, и потребители. Генераторы и ак-

кумуляторные батареи относят к источникам энергии, остальные

приборы (лампы, приборы звуковой сигнализации, системы зажи-

гания, вентиляторы, кондиционеры, очистители стекол и др.)

—

потребителям. К этой же группе можно отнести системы микро-

процессорного управления двигателем, трансмиссией и всем авто-

мобилем в целом.

423

Глава 26

СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Система электроснабжения предназначена для питания элект-

рической энергией потребителей. Основным источником питания

служит генератор (рис. 26.1), который обеспечивает питание при

работающем двигателе. Другим источником является аккумуля-

торная батарея, которая обеспечивает работу потребителей при

неработающем двигателе, а также при его пуске. Регулятор под-

держивает заданное напряжение в сети при работе генератора, а

также совместную работу последнего с аккумуляторной батареей.

При нормальной работе системы должны соблюдаться два ус-

ловия:

1) /

=4з + /пЩ>и U

> Е

; /

-1

при

= Eb\

2)/

при U

<Eb\ 4

= /

при

= 0,

где /

, /

б р

, /

з —

силы токов генератора, питания потребителей, батареи при ее

разряде и заряде; U

—

соответственно напряжение генератора и ЭДС аккуму-

ляторной батареи.

Первое условие определяет режим питания потребителей и за-

рядку батареи при работающем генераторе, второе условие

—

при

неработающем генераторе.

26.1. ГЕНЕРАТОРНЫЕ УСТАНОВКИ

Общие сведения. Генератор служит для питания потребителей и

заряда аккумуляторной батареи во время работы двигателя.

Требования, предъявляемые к автомобильным генераторам:

обеспечение питанием всех потребителей при полной нагрузке;

стабильное напряжение в широком диапазоне изменения частоты

вращения двигателя (13,2...15,5 В); минимальные масса и сто-

имость; надежность при работе

в условиях вибрации, запылен-

ности и повышенной темпера-

туры.

Ранее на автомобилях ис-

пользовали генераторы посто-

янного тока. Это было обуслов-

лено процессом зарядки акку-

муляторных батарей. В совре-

менные автомобили устанав-

ливают генераторы переменно-

го тока, которые обладают сле-

424

Рис. 26.1. Структурная схема системы

электроснабжения:

Л> /б

—токи генератора, потребите-

лей, батареи при зарядке и разрядке

Л, В, С —фазы; ОВ

—

обмотка возбуждения;

VD1...

VD6

—

выпрямители (вентильные диоды)

дующими преимуществами: работают в большем диапазоне частот

вращения; имеют больший срок службы, так как в них отсутству-

ет наиболее изнашивающийся щеточный коллектор; при той же

мощности легче в 1,8...2,5 раза; на их изготовление требуется в 3

раза меньше меди; обладают большей надежностью, меньшей тру-

доемкостью их технического обслуживания.

Для получения постоянного тока в генераторы встраивают

выпрямительные устройства с электронными регуляторами на-

пряжения и все вместе называют генераторной установкой. Эти

установки обладают свойствами самоограничения максимальной

силы тока, а выпрямительное устройство предотвращает разряд

аккумулятора через обмотки генератора.

Типы генераторов. В автомобилях применяют генераторы ин-

дукторного типа и с укороченными полюсами (с клювообразным

ротором). Существенных различий в их работе нет.

В таких генераторах питание обмотки возбуждения ОВ

(рис. 26.2, а) происходит через регулятор напряжения РН непос-

редственно от генератора, а при его малом напряжении и при пус-

ке

—

от аккумулятора. Обмотка возбуждения находится на роторе,

а на статоре

—

неподвижная трехфазная силовая обмотка. Обычно

три фазы А, В и С соединены по схеме «звезда», т. е. начала всех

трех обмоток соединены вместе. Ток каждой фазы проходит через

диодные выпрямители. Диоды VD~ включены по обратной прово-

димости, т. е. соединены между собой положительными вывода-

ми, a

—

по прямой проводимости, т. е. соединены отрица-

тельными выводами.

Регулятор напряжения РН включен в цепь обмотки возбужде-

ния. Он стабилизирует напряжение генератора при постоянно из-

меняющихся частоте вращения, времени и числе подключаемых

потребителей.

425

Работа генераторной установки. При вращении генератора под

каждым зубцом статора проходит то положительный, то отрица-

тельный полюс ротора. При этом изменяются значение и направ-

ление магнитного потока, пересекающего обмотку статора. В об-

мотках каждой фазы статора индуцируется ЭДС

= спФ,

где с

—

постоянный коэффициент, определяемый числом пар полюсов р и витков

обмотки w; п

—

частота вращения; Ф

—

магнитный поток.

Форма изменения ЭДС в каждой фазе близка к синусоиде. При

прохождении тока через мостовой двухполупериодный выпрями-

тель VD~...

VD+{рис.

26.2, а) знак напряжения в отрицательных по-

лупериодах изменяется. За счет наложения синусоид в течение

трех фаз значение суммарного напряжения стабилизируется

(рис. 26.2, б). Частота пульсаций выпрямленного напряжения

равна удвоенному числу фаз генератора, т. е. шести за один пери-

од:

= 6f= брп/бО = 0,1 рп.

При соединении обмоток по схеме «звезда» линейные (выход-

ные) напряжение и ток определяются формулами: U

=>/3{7ф;

/л

^ф (здесь £/

, /ф

—

фазные напряжение и ток).

К выпрямителю подается линейное напряжение. Максималь-

ное значение выпрямленного напряжения 1,73 В, а минимальное

равно

1,5 {7ф

ах-

Например, при среднем выпрямленном напряже-

нии 14 В пульсация MJ

= 1,95 В.

Характеристики генератора. Генераторы на автомобилях работа-

ют в условиях изменения частоты вращения (от 800 до 6000 мин

)

и нагрузки от минимальной (все потребители выключены) до пол-

ной (включены все потребители). При этом в определенных пре-

делах должно сохраняться напряжение в сети. Номинальное на-

пряжение в 12-вольтовых системах принято равным 14 В, а в 24-

вольтовых

—

28 В. Номинальный ток нагрузки

—

это максималь-

ный ток, который может обеспечить генератор в длительном

режиме при максимальной частоте вращения двигателя и номи-

нальном напряжении.

Скоростная регулировочная характеристика необходима для вы-

бора диапазона изменения тока возбуждения. Минимальное зна-

чение его соответствует работе при максимальной частоте враще-

ния и нулевой нагрузке генератора (ток нагрузки /

= 0).

Токоскоростная характеристика

—-

это зависимость тока на-

грузки от частоты вращения при постоянном значении напряже-

ния. Основные точки характеристики: начальная частота враще-

ния п

без нагрузки (принята в диапазоне

900... 1200

мин"

); номи-

нальная частота вращения п

, при которой достигается номиналь-

ная нагрузка /

; максимальная частота вращения л

тах

, при

которой достигается максимальная нагрузка /

тах

С увеличением частоты вращения ток генератора переменного

426

тока стабилизируется, т. е. генератор обладает самоограничением

по току. Это обусловлено тем, что с увеличением частоты враще-

ния увеличивается индуктивное сопротивление обмоток статора,

которое имеет квадратичную зависимость от числа витков в фазе.

Полное сопротивление R

обмотки статора складывается из ак-

тивного R и индуктивного X сопротивления:

=ylR

Активное сопротивление R зависит от материала провода и

температуры, поэтому практически не меняется с ростом частоты

вращения. Индуктивное сопротивление X зависит от числа пар

полюсов р, частоты вращения п и индуктивности L, которая, в

свою очередь, зависит от числа витков, т. е.

ЛГ=

2nfL = 2nLpn/30.

Поэтому с увеличением частоты вращения растет индуктивное,

а вместе с ним и общее сопротивление, вследствие чего значение

тока стабилизируется.

26.2. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ

Напряжение в сети поддерживают регуляторы, встроенные в

цепь обмотки возбуждения. С увеличением частоты вращения ра-

стет ЭДС и повышается напряжение в сети. Снизить напряжение

можно уменьшением магнитного потока обмотки возбуждения.

Для этого необходимо уменьшить ток в обмотке возбуждения. На-

пряжение генератора переменного тока со встроенным выпрями-

тельным блоком

—

RqI

где Е

и /

—

соответственно ЭДС и ток генератора; U

—

падение напряжения на

выпрямительном блоке;

—

полное сопротивление обмоток статора.

Поскольку ЭДС генератора Ег = спФ (см. с. 426), а магнитный

поток Ф = /

(я + Ы

), то формула д ля определения напряжения ге-

нератора примет вид

= спФ - U

- RoI

= сп1

(а + Ы

) - £/

вп

- Vr,

где /

—

ток в обмотке возбуждения; а и

Ь —

постоянные коэффициенты.

Из этого уравнения видно, что для сохранения напряжения по-

стоянным при увеличении частоты вращения нужно снижать ток в

обмотке возбуждения. С началом работы генератора растут напря-

жение на выходе и ток в обмотке возбуждения. При достижении

номинального значения напряжения ток возбуждения падает, что

427

обеспечивает стабилизацию напряжения. При повышенной на-

грузке и неизменной частоте вращения ток возбуждения должен

быть больше по значению, чем при малой нагрузке.

Различают регуляторы напряжения электромагнитного, элект-

ронного и смешанного типов. Регуляторы электромагнитного

типа (вибрационные электромеханические) применяли с генера-

торами постоянного тока. Поскольку во всех современных авто-

мобилях применяют генераторы переменного тока, то с ними ис-

пользуют регуляторы электронного и смешанного типов. Это

обусловлено тем, что ток возбуждения в таких генераторах выше,

что приводит к подгоранию контактов реле. Срок службы элект-

ронных регуляторов в 2...3 раза выше из-за отсутствия подвижных

частей. Их не надо систематически регулировать.

Контактно-транзисторный регулятор напряжения РР362а уста-

навливали на автомобилях ГАЭ-53-12, «Москвич» с генератором

Г221. Основа регулятора

—

последовательно включенный в обмот-

ку возбуждения ОВ силовой транзистор VT1 (рис. 26.3, а). Он ра-

ботает в режиме ключа. Когда он открыт, ток идет через ОВ и на-

пряжение в цепи возрастает. При достижении заданного напряже-

ния транзистор закрывается и ток в обмотку возбуждения идет че-

рез добавочный резистор Л

, что приводит к снижению тока в

обмотке возбуждения и падению напряжения.

Работой транзистора управляет электромагнитный регулятор с

контактной группой. Обмотка регулятора РН подсоединена в цепь

параллельно обмотке статора, следовательно, она реагирует на на-

пряжение в сети. При низком напряжении магнитное поле обмот-

ки регулятора РЯмало, контакты незамкнуты. На базу транзисто-

ра подается ток, под действием которого открывается транзистор.

При напряжении больше заданного под действием магнитного

поля замыкаются контакты, шунтируя базу транзистора. Транзис-

тор закрывается.

Регулятор обеспечивает колебания напряжения в диапазоне

0,2...0,7 В. Система работает с частотой 25...30 колебаний в секун-

ду, что обеспечивает незаметное на глаз мигание ламп. Ток управ-

ления, идущий на базу и через контакты, небольшой, поэтому

последние работают без подгорания. Однако со временем пружи-

на контактов утрачивает упругость, что требует регулярной подре-

гулировки.

Бесконтактные регуляторы стали дальнейшим развитием регу-

ляторов. Благодаря развитию электроники и применению так на-

зываемой толстопленочной технологии получения интегральных

схем созданы интегральные регуляторы напряжения (ИРН). Раз-

меры и масса их в 15...20 раз меньше, что позволило встраивать их

непосредственно в корпус самого генератора. На рисунке 26.3, б

изображена схема генераторной установки с ИРН типа Я112, рас-

считанная на напряжение 12 В. ИРН типа Я120 применяют в сис-

темах, работающих при 24 В. Элементы схемы (резисторы и пр.),

428

Рис. 26.3. Схемы регуляторов напряже-

ния смешанного типа (а)

интегрально-

го типа Я112А (б):

ОВ

—

обмотка возбуждения; VT1... VT5—

транзисторы; Rl, R

—

нагрузочное и доба-

вочное сопротивления

выполненные по толстопленочной технологии, подстраиваются

лазерной подгонкой. Схема залита герметиком и закрыта крыш-

кой (см. рис. 26.8).

ИРН имеет выходной транзистор VT5 (см. рис. 26.3, б), кото-

рым управляет транзистор VT2 через промежуточный транзистор

VT4. Чувствительный элемент схемы

—

стабилитрон VD1. Резис-

торы R1 и R2 образуют на выходе делитель напряжения. Цепочка

С1 и R4 повышает четкость переключения. Конденсатор С2 филь-

трует колебания тока на входе в стабилитрон транзисторов.

При напряжении меньше нормы транзисторы VT5 и VT4 от-

крыты. Ток на их базы идет по цепочке клемма «В» — R5—диод

VD3— база и эмиттер транзистора VT4— база и эмиттер транзис-

тора VT5— клемма «-»

—

«масса». Цепь тока возбуждения: клем-

ма «В» генератора

—

клемма «В'» регулятора

—

ОВ

—

клемма

«Ш» —

коллектор и эмиттер транзистора VT5

—

клемма «-»

—

«масса». Так как транзисторы открыты, то в обмотке возбуждения

нарастает ток и соответственно напряжение.

При напряжении больше заданного «пробивается» стабилитрон

VD1, который открывает транзистор VT2. Ток через его переход

«коллектор—эмиттер» шунтирует ток базы транзистора VT4, а пос-

ледний

—

VT5. Обмотка возбуждения оказывается обесточенной.

Напряжение в сети падает. При достижении напряжения менее за-

данного, стабилитрон запирается, и процессы повторяются.

429