Ремонт и техническое обслуживание автомобилей
Системная структура электрооборудования автомобиля
Электрооборудование автомобилей образует сложную структуризованную сеть, включающую в себя несколько систем, в которых сгруппированы устройства, приборы и цепи, имеющие общий функционал по назначению.
В зависимости от своего функционального назначения системы электрооборудования подразделяют на:
- систему электроснабжения , состоящую из генераторной установки с регулятором напряжения, аккумуляторной батареи (АКБ) и соединительных проводов;
- систему пуска двигателя , включающую стартер, реле управления стартером, АКБ (иногда с применением молекулярного накопителя – суперконденсатора) и дополнительные устройства предпускового подогрева. В настоящее время находятся в разработке и осваиваются комплексные устройства, которые можно отнести к системе электроснабжения и к системе пуска – интегрированные в маховик двигателя стартер-генераторы. Такой электрический агрегат управляется электронным модулем и может функционировать в режиме стартера, генератора, а также обеспечивать работу системы «стоп-старт»;
- систему зажигания , включающую искровые свечи зажигания, низковольтную и высоковольтную цепи, прерыватель-распределитель или датчик распределитель, коммутатор, а также катушку (или катушки) зажигания, выполняющую функцию повышающего трансформатора. В современных автомобилях, использующих для управления двигателем ЭСУД (электронные системы управления двигателем) вместо катушки зажигания и коммутатора устанавливается их комбинация — модуль зажигания;
- систему освещения, световой и звуковой сигнализации , включающую фары головного освещения, указатели поворота, задние и передние фонари, фонари освещения номерных знаков, световые табло, плафоны освещения салона и т. п.;
- систему коммутации и проводки , состоящую из выключателей, переключателей, кнопок управления, электромагнитных и электронных реле, блока предохранителей и реле, замка зажигания, пучка проводов, разъемов и соединителей. В случае применения на автомобиле мультиплексной проводки в системе коммутации появляются интеллектуальные ключи, электронный блок управления с центральным процессором, согласующие шины CAN-протокола связи (Controller Area Network) и локальные модули;
- систему информации и контроля параметров автомобиля , его агрегатов и систем, включающую различные датчики (давления, температуры, скорости и т. п.) а также указательные приборы (манометр, тахометр, спидометр, термометр и т. п.), щитки приборов, диагностические панели или дисплеи, сигнализаторы аварийных значений контролируемых параметров, разъемы и соединительные провода;
- систему подавления радиопомех , состоящую из фильтров, помехоподавительных устройств, экранов и т. п.;
- системы электронной автоматики и управления двигателем, силовым агрегатом, блокировкой тормозов, положением подвески и системами активной и пассивной безопасности и т. п.
Первые три системы и датчики системы информации и контроля, устанавливаемые на двигателе, относят к моторному комплекту электрооборудования, за исключением систем предпускового подогрева, устанавливаемых в салоне или кабине.
Системы освещения и световой сигнализации, а также очистки стекол и фар, предотвращения блокировки колес и т. п. относят к системам активной и пассивной безопасности.
Система информации и контроля параметров двигателя и автомобиля одновременно выполняет функции встроенной диагностической системы.
В систему жизнеобеспечения и комфорта входит большое количество типоразмеров электроприводных механизмов.
К системе экологической безопасности можно отнести электронные системы управления силовыми агрегатами.
В настоящее время на автомобилях появились мультиплексные системы бортовой сети с CAN-интерфейсной шиной контроля и управления с открытым стандартным протоколом обмена данными, интегрированный стартер-генератор, электронные средства связи через спутниковые системы и «Интернет».
В таких сетях находят широкое применение интеллектуальные ключи с защитой от коротких замыканий и управляемые через шину CAN вторичные источники-преобразователи напряжения. Эти преобразователи предохраняют от перегрузок выходные каскады электронных блоков управления и от перенапряжений, возникающих в процессе аномальных режимов работы при коммутации токов мощных потребителей (режим сброса нагрузки).
Применение такой бортовой сети приводит к появлению двухуровневой системы 14/48 В, которая является переходной к 48-вольтовой системе электроснабжения. Вариант такой сети представлен на рисунке 1.
В бортовой сети автомобиля применены 36-вольтовая и 12-вольтовая АКБ (2 и 6).
Интегрированный стартер-генератор 1 в генераторном режиме вырабатывает трехфазный ток, который преобразуется инвертором 3 в выпрямительном режиме в постоянный ток 42 В.
Обратимый преобразователь постоянного тока 5 снабжает 14-вольтовые потребители малой и средней мощности, а также 12-вольтную АКБ зарядным током.
Классифицировать системы электрооборудования можно и по архитектуре бортовой сети автомобиля. Например, сеть распределения электрической энергии, сеть защиты от коротких замыканий и сигнализации, сеть дорожной и экологической безопасности, а также сеть низкоскоростной и высокоскоростной передачи информации.
Общая классификация по архитектуре бортовой сети систем электрооборудования определяет методы организации технического обслуживания и ремонта изделий электрооборудования в зависимости от условий эксплуатации.
Устройство автомобилей
Системы электрооборудования автомобилей
Как правило, на автомобилях применяется однопроводная схема электрооборудования с общим соединением на «массу» (кузов) автомобиля одного из проводов цепи питания. Обычно «массовый» участок электрической цепи подсоединяется к отрицательной клемме аккумуляторной батареи, при этом в качестве своеобразного провода используются металлические элементы кузова автомобиля, его двигателя и агрегатов.
По понятным причинам каждый потребитель электрической энергии, включаемый в схему электрооборудования автомобиля, должен каким-либо образом контактировать с «массой», т. е. с перечисленными выше металлическими элементами конструкции.
Плюсовая клемма аккумуляторной батареи соединяется с потребителями посредством специальных электрических проводов, защитных и коммутационных устройств, образуя положительный участок схемы.
Следует отметить, что некоторые потребители электроэнергии автомобиля используют двухпроводные схемы присоединения. К таким потребителям относятся, например, звуковые сигналы, стояночные фонари и некоторые другие.
Общая схема электрооборудования объединяет в единый комплекс источники и потребители электроэнергии, аппараты защиты и коммутации электрических цепей. Такая схема состоит из отдельных функциональных систем – источников электроснабжения, устройств зажигания, приборов внешнего освещения, сигнализации и т. д. При подключении потребителей в бортовую сеть автомобиля необходимо соблюдать некоторые правила:
- Кратковременно работающие мощные потребители (стартер, прикуриватель), а также приборы, работа которых необходима в нештатных и аварийных случаях (звуковой сигнал, аварийная сигнализация, подкапотная лампа, розетка переносной лампы и т. п.), подключаются к линии аккумулятор-генератор или аккумулятор-амперметр.
Эти участки электрической цепи отличаются применением электропроводки с большим сечением жил, а также постоянным подключением к источникам электроснабжения даже при выключенном положении замка зажигания.
Потребители, включаемые при включенном зажигании и при работающем двигателе, подсоединяются в цепь питания через выводы выключателя зажигания. К ним относятся стеклоочиститель, отопитель кабины, контрольно-измерительные приборы, указатели поворотов, фонарь заднего хода, головные фары и некоторые другие потребители.
Подключение к схеме электрооборудования через замок зажигания исключает работу этих потребителей в случае, если водитель выключил зажигание и покинул автомобиль, забыв отключить коммутирующие устройства, управляющие данными потребителями.
Что касается головных фар и фонаря заднего хода, то эти приборы по требованиям правил дорожного движения не должны работать во время стоянки автомобиля, поскольку свет фар или фонаря сигнализирует участникам дорожного движения о том, что автомобиль движется. Во время стоянки на автомобиле должны быть включены габаритные огни.
Впрочем, некоторые фирмы пренебрегают отдельными положениями этих требований (например, на некоторых автомобилях фары могут оставаться включенными даже при выключенном зажигании).
Все электрические цепи кроме цепей зажигания и пуска двигателя защищены от коротких замыканий и перегрузок. Защита от коротких замыканий в цепях зажигания и пуска двигателя не устанавливается, чтобы не снижать их надежность и уменьшить потери энергии.
Следует отметить, что современные электронные системы зажигания имеют защиту от перегрузок. Введение предохранителей в цепь заряда аккумуляторной батареи не является обязательным, но многие зарубежные фирмы их устанавливают.
Возможна защита одним предохранителем нескольких электрических цепей, однако такая групповая защита не допускается для взаимозаменяемых устройств и аварийных цепей.
Техническое обслуживание бортовой сети автомобиля
Нарушение электропроводки на автомобиле чревато серьезными последствиями, вплоть до возникновения пожара. Поэтому при эксплуатации автомобиля следует соблюдать ряд правил, в том числе и противопожарной безопасности.
Нельзя допускать попадания воды, смазочного материала, топлива или электролита на жгуты, соединители и отдельные провода.
Следует периодически очищать изоляцию от грязи, проверять проводку на наличие разрушения изоляции и изолировать поврежденные места либо заменять поврежденный провод.
Необходимо следить, чтобы провода не контактировали с нагреваемыми деталями двигателя, проверять затяжку винтовых соединений, предотвращать коррозию в штекерных и других соединениях.
Неоднократное разъединение штекерных соединений может привести к падению напряжения в них. Все соединения проводов должны быть заключены в защитные чехлы из резины или пластиковых материалов.
При отказе потребителя прежде всего следует убедиться, нет ли нарушения его питающей линии. Для этого следует измерить напряжение на потребителе вольтметром. Если напряжение в норме, причину отказа следует искать в самом потребителе, при отсутствии или недостаточной величине напряжения необходимо выявить место обрыва цепи или падения напряжения методом шунтирования. Для этого конец дополнительного провода соединяют с выводом потребителя, а второй конец последовательно подсоединяют к выводам разъемов питающей цепи, двигаясь по направлению к источнику тока.
Включение потребителя фиксирует нарушение контакта или целостности провода цепи, шунтируемой дополнительным проводом. Следует проверить также соединение потребителя с «массой». Место обрыва можно определить контрольной лампой, вольтметром или измерив сопротивление тестером.
Неполадки в электропроводке чаще всего имеют место из-за нарушения контакта в штекерных соединениях, поэтому рекомендуется периодически их проверять.
В местах крепления проводов скобами, у острых металлических кромок, в местах оголения наконечников и повреждения защитных чехлов возможны замыкания проводов на «массу». Место короткого замыкания можно определить, измерив сопротивление тестером.
Проверку реле или контакторов можно произвести, подсоединив контрольную лампу через их контакты и подведя напряжение к обмотке. Отключение лампы у реле с нормально замкнутыми контактами свидетельствует о его исправном состоянии. При испытании реле с нормально разомкнутыми контактами лампа должна загореться.
Подгорание контактов реле или контакторов можно устранить, зачистив их мелкой шлифовальной шкуркой и промыв бензином или спиртом.
При перегорании плавкого предохранителя или отключении биметаллического необходимо выявить и устранить причину, и только после этого восстанавливать цепь, заменив однократный предохранитель или включив многократный предохранитель.
Система «Стоп-старт»
В современных автомобилях иногда устанавливают систему «Стоп-старта», выполняющую функции автоматического управления остановом и пуском двигателя. Большинство фирм, производящих автомобили, в настоящее время работают над разработкой и усовершенствованием таких систем, поскольку они позволяют существенно повысить топливную экономичность автомобиля, особенно при движении в городских условиях.
Данная система начинает автоматически функционировать в том случае, если первоначальный пуск двигателя был осуществлен пусковой системой с электростартером и двигатель прогреты до температуры охлаждающей жидкости 65…100 ˚С.
Система «Стоп-старта» (рис. 1) выключает зажигание и отключает подачу топлива, останавливая двигатель, если автомобиль движется со скоростью менее 5 км/ч при нейтральном положении рычага переключения передач и выключенном сцеплении. Для продолжения движения водителю требуется нажать на педаль управления дроссельной заслонкой, при этом автоматически осуществляется пуск двигателя.
Стартер и цепь зажигания включаются системой «Стоп-старт», если двигатель остановлен, и с момента его остановки прошло не менее 0,6 сек, педаль сцепления выжата, а также при скорости автомобиля менее 10 км/ч.
Функционирование этой системы обеспечивается датчиками, управляющими работой двигателя: датчиком температуры охлаждающей жидкости (ДТОЖ), датчиком скорости движения автомобиля, датчиком положения дроссельной заслонки (ДПДЗ), а также специальными датчиками – положения педали сцепления и положения рычага переключения передач.
Основным недостатком работы системы «Стоп-старта» является увеличение числа включений стартера и повышенное потребление электроэнергии от аккумуляторной батареи.
По этой причине конструкторы и разраобтчики автомобильной теники разработали несколько разновидностей этой системы. Подробнее об этом здесь.