Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Электрооборудование автомобиля (другое наименование – электрическая система автомобиля) предназначено для выработки электрической энергии и питания различных систем и устройств автомобиля.
Электрооборудование автомобиля имеет следующее общее устройство:
Все конструктивные элементы электрооборудования объединены в бортовую сеть.
Источниками тока в автомобиле являются аккумуляторная батарея и генератор.
В автомобиле аккумуляторная батарея выполняет несколько функций:
При совместной работе с генератором аккумуляторная батарея обеспечивает переходные процессы, требующие большого тока, а также сглаживает пульсацию тока в электрической сети.
На легковых автомобилях в качестве стартерных применяются свинцово-кислотные аккумуляторные батареи. Конструкция аккумуляторных батарей постоянно совершенствуется.
Схема аккумуляторной батареи
Каждая батарея состоит из шести последовательно соединенных аккумуляторов, объединенных в одном корпусе. Корпус изготавливается из пропилена, стойкого к кислоте и не проводящего ток. Отдельный аккумулятор объединяет чередующиеся положительные и отрицательные электроды, покрытые слоем активной массы. Изоляцию пластин противоположной полярности обеспечивает пластмассовый сепаратор.
Современные аккумуляторные батареи выпускаются малообслуживаемыми и необслуживаемыми. Степень обслуживания аккумуляторной батареи определяется скоростью испарения воды из электролита. У необслуживаемой батареи критический уровень электролита достигается значительно позже окончания срока службы.
Электроды изготавливаются из свинцового сплава. В современных аккумуляторах положительные и отрицательные электроды изготавливаются из свинцово-кальциевого сплава.
Такие батареи имеют низкий уровень саморазряда (потеря 50% емкости за 18 месяцев) и минимальный расход воды (1 г/Ач). Это дает возможность полностью исключить добавление воды за период эксплуатации – необслуживаемая аккумуляторная батарея.
Для повышения стойкости электродов к коррозии в свинцово-кальциевый сплав может добавляться серебро, олово.
Электроды имеют решетчатую структуру. Каждый электрод покрывает слой активной массы. У положительных электродов активная масса состоит из диоксида свинца. В отрицательных пластинах активная масса представлена губчатым свинцом.
Электроды помещены в электролит, в качестве которого используется раствор серной кислоты. Электролит имеет определенную плотность, которая изменяется в зависимости от степени заряженности аккумуляторной батареи (чем выше заряженность, тем выше плотность).
В зависимости от физического состояния электролита различают два вида аккумуляторных батарей: с жидким электролитом и с пропитавшим специальный материал (нежидким) электролитом. Сегодня наиболее распространены аккумуляторные батареи с жидким электролитом.
Зарядка аккумуляторной батареи сопровождается газообразованием. Отвод газов от аккумуляторной батареи осуществляется с помощью системы вентиляции.
Подключение аккумуляторной батареи к электрической сети производится с помощью двух свинцовых выводов. Положительный вывод всегда толще отрицательного, что исключает ошибку при подключении батареи. Полярность (расположение) выводов может быть прямой или обратной. При прямой полярности положительный вывод батареи расположен слева, при обратной полярности справа. Необходимо помнить, что длина проводов, которыми подключается аккумулятор, рассчитана на определенную полярность.
Автомобильные аккумуляторы оборудуются индикатором заряженности батареи, т.н. «глазком». Плотность электролита оценивается по цвету «глазка» («зеленый» – батарея заряжена, «черный» – недостаточный заряд, «желтый» – низкий уровень электролита).
На автомобиле аккумуляторные батареи жестко закрепляются с помощью специального крепления, предупреждающего их повреждение и разлив электролита. Крепление может быть верхнее(рамка) или нижнее (скоба, закрепляемая за выступы основания).
Принцип действия аккумуляторной батареи основан на преобразовании электрической энергии в химическую энергию при заряде и наоборот химической энергии в электрическую при разряде. Работа аккумуляторной батареи носит циклический характер: разряд-заряд.
Разряд происходит при подключении потребителей. При разряде активная масса положительных (диоксид свинца) и отрицательных (губчатый свинец) электродов взаимодействует с электролитом. При этом образуется сульфат свинца и вода, плотность электролита уменьшается.
При работающем двигателе аккумуляторная батарея заряжается от генератора. Аккумуляторную батарею также можно зарядить с помощью специального зарядного устройства. При зарядке сульфат свинца и вода преобразуются в свинец, двуокись свинца и серную кислоту. Плотность электролита повышается.
Заряд батареи должен производиться при оптимальном напряжении. Высокое напряжение приводит к сильному разложению воды и снижению уровня электролита. Низкое напряжение чревато неполной зарядкой батареи и, соответственно, уменьшением срока ее службы.
Работа аккумуляторной батареи зависит от температуры окружающего воздуха. При повышении температуры увеличивается отдаваемая мощность, но вместе с ней увеличивается саморазряд и коррозия электродов. Понижение температуры сопровождается снижением разрядной емкости, замедлением химических процессов и уменьшением плотности электролита.
При отсутствии нагрузки процессы в аккумуляторной батарее продолжаются - происходит ее саморазряд. Величина саморазряда зависит от температуры окружающего воздуха и конструкции батареи (электродов).
Срок службы аккумуляторной батареи составляет в среднем 4-5 лет и во многом зависит от режима эксплуатации. Производители постоянно работают над повышением эффективности аккумуляторной батареи, увеличением срока ее службы. Среди перспективных направлений:
Основными параметрами автомобильной аккумуляторной батареи являются: номинальная емкость, номинальное напряжение и ток холодной прокрутки. Данные параметры отражаются в маркировке аккумуляторной батареи, которая наносится на корпусе.
Маркировка аккумуляторной батареи российского производства:
Номинальная емкость определяется отдаваемой энергией полностью заряженной батареи при двадцатичасовом разряде. Измеряется в ампер-часах (Ач). К примеру, батарея емкостью 50 Ач в течение двадцати часов может отдавать ток 2,5 А.
Большее практическое значение имеет т.н. резервная емкость. Данный неофициальный параметр измеряется в минутах. Резервная емкость аккумуляторной батареи легкового автомобиля при нагрузке 25 А и падении напряжения до 10,5 В должна составлять не менее 90 минут. В течение данного промежутка времени аккумулятор может работать за себя и за генератор.
Номинальное напряжение аккумуляторной батареи складывается из напряжения отдельных аккумуляторов. Номинальное напряжение аккумуляторной батареи легкового автомобиля составляет 12 В.
Ток холодной прокрутки определяет возможность аккумуляторной батареи при запуске в холодное время. Представляет собой величину тока, который батарея способна отдать при температуре -18оС в течение 10 с напряжением не менее 7,5 В. Чем выше ток холодной прокрутки, тем легче двигатель будет запускаться зимой.
Неисправности аккумуляторной батареи
К неисправностям аккумуляторной батареи относятся:
Основные причины указанных неисправностей:
Нарушениями правил эксплуатации аккумуляторных батарей являются:
Аккумуляторная батарея может эффективно эксплуатироваться определенное время. Средний срок службы батареи составляет 3-4 года. При интенсивной эксплуатации, а также эксплуатации в суровых климатических условиях срок службы значительно сокращается.
При эксплуатации аккумуляторных батарей приходится сталкиваться с производственными дефектами. Неисправная батарея без проблем заменяется по гарантии фирмой-продавцом или производителем.
Последствие у всех неисправностей одно – аккумуляторная батарея перестает выполнять возложенную на нее функцию – крутить стартер при запуске и обеспечивать потребителей током на стоянке.
При эксплуатации аккумуляторной батареи необходимо помнить, что повышенный разряд при отрицательных температурах окружающего воздуха может привести к замерзанию электролита и разрушению корпуса батареи.
Автомобильный генератор – электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрический ток. В автомобиле генератор используется для зарядки аккумуляторной батареи и питания электрооборудования при работающем двигателе. В качестве автомобильного генератора применяется генератор переменного тока.
Емкость аккумуляторной батареи и мощность генератора должны соответствовать мощности потребителей электроэнергии на всех режимах эксплуатации автомобиля, т.е. в системе должен поддерживаться энергетический баланс.
Схема автомобильного генератора
Основное предназначение ротора – создание вращающегося магнитного поля. Для этого на валу ротора находится обмотка возбуждения, помещенная в две полюсные половины. Каждая из полюсных половин имеет по шесть выступов - клювов. На валу ротора расположены два контактных кольца, через которые осуществляется питание обмотки возбуждения. Кольца, как правило, медные, реже стальные или латунные. Выводы обмотки возбуждения припаяны непосредственно к кольцам.
В зависимости от конструкции на валу ротора размещается одна или две крыльчатки вентилятора, а также закрепляется ведомый приводной шкив. Подшипниковый узел ротора представлен двумя шариковыми необслуживаемыми подшипниками. На валу со стороны контактных колец также может устанавливаться роликовый подшипник.
Статор служит для создания переменного электрического тока. Конструктивно он объединяет металлический сердечник и обмотки. Сердечник набирается из стальных пластин. Для навивки обмоток в сердечнике выполнено 36 пазов. В пазах укладывается три обмотки, образующие т.н. трехфазное соединение. Различают петлевой или волновой способ укладки обмоток в пазы. Соединение обмоток между собой может осуществляться по двум схемам:
В корпусе (2)_ размещается большинство конструктивных элементов генератора. Корпус представляет собой две крышки – переднюю (со стороны приводного шкива) и заднюю (со стороны контактных колец). Крышки стянуты между собой с помощью болтов. Крышки изготавливаются, как правило, из алюминиевого сплава – легкого, немагнитного и легко рассеивающего тепло. На поверхности крышек выполнены вентиляционные окна, а также две (двухлапное крепление генератора) или одна (однолапное крепление генератора) крепежные лапы.
Щеточный узел (7) обеспечивает передачу тока возбуждения на контактные кольца. Узел включает две графитные щетки, пружины их прижимающие и щеткодержатель. На современных генераторах щеткодержатель объединен с регулятором напряжения в единый неразборный узел.
Выпрямительный блок (5) служит для преобразования синусоидального напряжения, вырабатываемого генератором, в напряжение постоянного тока бортовой сети автомобиля. Выпрямительный блок представляет собой пластины, выполняющие роль теплоотводов, на которых смонтированы диоды. Блок содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, по два на каждую фазу, один на «положительный», другой – на «отрицательный» вывод генератора.
На некоторых генераторах обмотка возбуждения подключена через отдельную группу, состоящую из двух диодов. Данные выпрямители препятствуют протеканию тока разряда аккумуляторной батареи через обмотку при неработающем двигателе. При соединении обмоток по типу «звезда» на нулевом выводе устанавливается два дополнительных силовых диода, что позволяет увеличить мощность генератора до 15%.
Включение выпрямительного блока в схему генератора производится на специальных монтажных площадках с помощью пайки, сварки или болтового соединения.
Регулятор напряжения (6) предназначен для поддержания напряжения генератора в определенных пределах. Современные генераторы оснащаются полупроводниковыми электронными (интегральными) регуляторами напряжения. Различают следующие конструкции электронных регуляторов:
Стабилизация напряжения, необходимая при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки, осуществляется автоматически за счет воздействия на ток в обмотке возбуждения. Регулятор управляет частотой импульсов тока и их продолжительностью.
Регулятор напряжения осуществляет изменение напряжения, подводимого для зарядки аккумуляторной батареи, в зависимости от температуры воздуха (т.н. термокомпенсация напряжения). Чем ниже температура воздуха, тем большее напряжение подводится к аккумуляторной батарее.
Привод генератора осуществляется посредством ременной передачи и обеспечивает вращение ротора со скоростью в 2-3 раза превышающую частоту вращения коленчатого вала. В зависимости от конструкции генератора в передаче используется клиновый или поликлиновый ремень. Область применения клинового ремня ограничена размерами ведомого шкива (при определенном диаметре шкива клиновый ремень быстро изнашивается).
Поликлиновый ремень более универсальный, т.к. применим при небольших диаметрах ведомого шкива, и следовательно с его помощью может быть реализовано большее передаточное число. На современных моделях генераторов привод осуществляется поликлиновым ремнем.
На автомобилях может устанавливаться т.н. индукторный (бесщеточный) генератор. Такой генератор имеет ротор, представляющий собой набор спрессованных тонких пластин из трансформаторного железа (ротор из магнитомягкой пассивной ферромассы). Обмотка возбуждения помещена на статоре. Электродвижущая сила в индукторном генераторе получается путем изменения магнитной проводимости воздушного зазора между ротором и статором.
Работа автомобильного генератора
При повороте ключа в замке зажигания, ток от аккумуляторной батареи через щеточный узел и контактные кольца поступает на обмотку возбуждения. В обмотке наводится магнитное поле. С вращением коленчатого вала двигателя начинает вращаться ротор генератора. Магнитное поле ротора пронизывает обмотки статора, на выводах которых возникает переменное напряжение. При достижении определенной частоты вращения генератор переходит в режим самовозбуждения, т.е. обмотка возбуждения запитывается непосредственно от генератора.
Выпрямительный блок преобразует переменное напряжение в напряжение постоянного тока. В таком состоянии генератор обеспечивает требуемый ток для зарядки аккумуляторной батареи и питания потребителей. При изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки в работу включается регулятор напряжения. Он регулирует время включения обмотки возбуждения. При возрастании частоты вращения генератора и уменьшении внешней нагрузки время включения обмотки возбуждения уменьшается, наоборот, при уменьшении частоты вращения и увеличения нагрузки – увеличивается.
В случае, когда потребляемый ток превышает возможности генератора, в работу включается аккумуляторная батарея. Для контроля работоспособного состояния генератора на панели приборов имеется контрольная лампа (лампа контроля заряда).
Параметры генератора
К основным параметрам генератора относятся:
В зависимости от конструкции электрической системы автомобиля номинальное напряжение составляет 12 или 24 В. За номинальный ток принимается максимальный ток отдачи при номинальной частоте вращения, которая составляет 6000 об/мин. Зависимость величины силы тока от частоты вращения генератора называется токоскоростной характеристикой. Помимо номинальных значений токоскоростная характеристика включает другие характерные точки:
Неисправности генератора
Конструкция генератора сложнее, чем аккумуляторной батареи. Поэтому и неисправностей у данного устройства больше:
Основные причины указанных неисправностей:
Износ или разрушение подшипника сопровождается повышенным шумом при работе генератора. Остальные неисправности генератора диагностируются по низкой величине зарядного тока. Об этом свидетельствует сигнальная лампа на панели приборов, которая при неисправностях периодически или постоянно горит.
Потребителей энергии условно можно разделить на три группы: основные, длительные и кратковременные.
Основные потребители энергии обеспечивают работоспособность автомобиля. К ним относятся:
Длительные потребители:
К кратковременным потребителям относятся большинство систем комфорта, система запуска, свечи накаливания, звуковой сигнал, прикуриватель.
Совокупность приборов освещения и сигнальных устройств, расположенных снаружи и внутри автомобиля, называетсясистемой освещения. Система освещения выполняет следующие функции:
Система освещения автомобиля включает следующие основные конструктивные элементы:
Передняя фара
Передняя фара (другое название –головная фара, блок-фара) освещает дорогу впереди автомобиля, а также представляет информацию другим участникам движения, находящимся впереди транспортного средства. Передние фары устанавливаются попарно симметрично с правой и левой стороны автомобиля. На современных автомобилях в дополнение к передним фарам может устанавливаться система ночного видения.
Передняя фара выполнена, как правило, в едином корпусе, в котором объединены следующие световые приборы:
Ближний свет фары служит для освещения дороги при наличии впереди других участников движения. Ближний свет ассиметричный, при правостороннем движении лучше освещена правая часть дороги и обочины. Дальний свет используется при отсутствии впереди других участников движения. Он представляет собой симметричный световой луч высокой интенсивности. Габаритный огонь используется для обозначения размеров транспортного средства. Габаритный огонь устанавливается также в заднем фонаре.
Указатель поворота может устанавливаться как в блок-фаре, так и вне ее в передней части автомобиля. Указатель поворота используется для информирования других участников движения о намерении совершить маневр (поворот, разворот, смену полосы движения). Указатель поворота устанавливается также в заднем фонаре. Помимо этого с боковой стороны автомобиля предусматривается повторитель указателя поворота. В последнее время повторитель указателя поворота стало популярно размещать в наружном зеркале заднего вида. Все указатели поворота должны работать синхронно.
В качестве сигнала поворота используется источник света желтого цвета, работающий в режиме мигания. Частота работы указателя должна составлять 1-2 мигания в секунду. Указатель поворота может иметь два режима работы: постоянный (пока не отключат), разовый (три-пять миганий при нажатии). Указатель поворота управляется с помощью соответствующего переключателя. Конструкция переключателя предусматривает автоматическое выключение сигнала при возвращении рулевого колеса в нейтральное положение.
Указатель поворота работает совместно с рядом систем активной безопасности: система помощи при перестроении, система помощи движению по полосе. Указатели поворота также используются в качестве сигнала аварийной остановки.
В некоторых странах предусмотрено использование дневных ходовых огней, которые предназначаются для повышения видимости транспортного средства в дневное время. Дневные ходовые огни представляют собой автоматически или вручную управляемый ближний свет фар полной или пониженной интенсивности. В некоторых случаях может использоваться дальний свет фар пониженной интенсивности.
Устройство фары
Несмотря на различия по форме, конструкции, цвету, материалам можно выделить следующее общее устройство фары:
Корпус служит основой для размещения и крепления остальных элементов фары. Он выполняется, как правило, из пластмассы.
В качестве источников света используются различные ламы: накаливания – вольфрамовые, галогенные, газоразрядные –ксеноновые. Все большую популярность у автопроизводителей завоевывают светодиодные источники света.
В передних фарах применяются следующие источники света: лампа накаливания, галогенная лампа, газоразрядная лампа, светодиоды.
Лампа накаливания представляет собой вольфрамовую нить, помещенную в стеклянную колбу. При работе лампы происходит нагрев нити, который сопровождается испарением вольфрама с поверхности. Нить утончается и со временем перегорает. Помимо этого, при испарении вольфрама происходит потемнение лампы.
В галогенной лампе вольфрамовая нить окружена галогенным газом (йод, бром), что позволяет поднять температуру нити и увеличить уровень освещения. Срок службы галогенной лампы (до 1000 часов) намного больше обычной лампы накаливания, т.к. нагревание вольфрама происходит по замкнутому циклу. При испарении вольфрам соединяется с газом и циркулирует по колбе. При соприкосновении с нитью накаливания соединение распадается, а вольфрам оседает на нити.
В газоразрядной лампе (High-intensity discharge, HID) световой поток создается за счет нагрева газа высоким напряжением. В автомобильных газоразрядных лампах используется ксенон, имеющий высокую световую эффективность. Для розжига и питания ксеноновой лампы требуется дополнительное оборудование, которое значительно увеличивает стоимость фары. Срок службы газоразрядной лампы достигает 2000 часов.
Светодиоды (Light Emitting Diode, LED) в качестве автомобильных источников света набирают стремительную популярность. Они имеют срок службы до 3000 и более часов, потребляют меньше энергии и обеспечивают приемлемый уровень освещенности. В настоящее время светодиоды широко используются в качестве источников света внутреннего (подсветка приборов,индикаторные лампы) и внешнего (задние фары, дополнительные стоп-сигналы, дневные ходовые огни) освещения. С 2007 года светодиоды белого спектра свечения начали использоваться в качестве источников ближнего и дальнего света.
Источники света характеризуются рядом параметров: напряжение, мощность, световой поток. Производным этих параметров является световая отдача (световой поток на единицу мощности), выступающая своеобразным показателем эффективности и экономичности лампы.
Отражатель в конструкции фары отвечает за формирование пучка света. Простейший отражатель имеет параболическую форму. Современные отражатели имеют более сложную форму. Отражатель изготавливается из пластмассы. Для создания зеркальной поверхности наносится тонкая пленка алюминия и покрывается лаком.
Параболический отражатель используется в классических фарах, в которых уровень освещенности пропорционален размеру отражателя (больше отражатель больше света). Так работают наиболее распространенные ранее фары с двухнитевой лампой Н4. Для предотвращения ослепления встречных водителей нить ближнего света располагают чуть впереди и выше фокальной точки и экранируют специальным колпачком внутри колбы, используя только верхнюю половину отражателя (первый). А нить дальнего света расположена в фокусе и освещает всю поверхность отражателя (второй)
Отражатель «свободной» формы отличается от параболического. Это отличие не заметно на глаз, но поверхность рассчитана таким образом, что направляет весь свет от однонитевой лампы в заданном направлении — чуть вниз, чтобы избежать ослепления
Впервые «прожекторная» фара ближнего света с эллипсоидным отражателем появилась в 1986 году на «семерке» BMW. Лучи, собираясь во втором фокусе отражателя, «подрезаются» экраном, который обеспечивает заданную светотеневую границу, а затем еще раз фокусируются линзой
В 1988 году с помощью компьютера отражателю эллипсоидной фары удалось придать «свободную» форму — основная часть лучей проходит над экраном, чем обеспечивается лучшая эффективность
Галогенные фары
В настоящее время галогенные фары являются самым распространенным типом фар. В них в качестве источника света используется галогенная лампа. Галогенные фары используются для ближнего и дальнего света. Конструктивно фары могут быть разделены и совмещены, т.н. би-галоген. В фарах ближнего света используются отражатели свободной формы или эллипсоидные отражатели, для дальнего света – отражатели свободной формы или параболические отражатели.
Создание светотеневой границы ближнего света в совмещенных фарах производится двумя способами: светоотражающий колпачок на галогенной лампе с двумя нитями накаливания, световой экран в проекционной системе. Поддержание определенного положения фары относительно плоскости кузова обеспечиваетэлектромеханический корректор.
Ксеноновые фары
Ксеноновые фары имеют большую популярность благодаря высокому уровню освещения. Фары предлагаются в качестве базового оборудования автомобилей бизнес и премиум класса, а также опционально для бюджетных автомобилей. В отличие от галогенных фар ксеноновые фары имеют более сложную конструкцию. Помимо собственно фары в систему включен блок зажигания и электронный блок управления, которые обеспечивают воспламенение газа импульсом напряжения переменного тока 10-20 кВ и питание электроэнергией во время работы.
Ксеноновые фары могут быть рефлекторными и прожекторными, при этом прожекторные фары более популярны у потребителя. Отдельно для ближнего и дальнего света ксеноновые фары применяются достаточно редко. В основном используются би-ксеноновые фары, в которых функции ближнего и дальнего света реализованы в одной фаре. Создание светотеневой границы в би-ксеноновых фарах осуществляют несколькими способами:
Би-ксеноновые фары оборудуются, как правило, модулем поворота в вертикальной и горизонтальной плоскости. Это значительно расширяет область применения фары. Ввиду особенности конструкции ксеноновые фары в обязательном порядке снабжаются автоматическим корректором фар и стеклоомывателем фар.
Светодиодные фары
Светодиодные фары для головного света начали применяться совсем недавно и примеров их использования не так много – ряд моделей Audi, Cadillac, Lexus. Например в Audi R8 светодиодная фара состоит из трех многокристаллических светодиодов. Каждый многокристаллический светодиод включает два простых светодиода, каждый со своим отражателем. Световой поток от всех светодиодов преобразуется в общей проекционной линзе. Для создания светотеневой границы в светодиодной фаре используется световой экран. Несмотря на значительные преимущества, светодиодные головные фары применяются пока очень редко.
Ряд производителей предлагают светодиодные лампы с цоколем для постановки в штатные места галогенных ламп. Такие светодиодные лампы, несмотря на то, что светят очень ярко, не обеспечивают требуемого уровня освещения.
Рассеиватель пропускает световой поток и в зависимости от конструкции преломляет его, но эта роль рассеивателя в современных фарах минимальна, т.к. распределение света осуществляется в основном отражателем. Другая функция рассеивателя – защита фары от внешних воздействий. С 1992 года широко используются пластмассовые рассеиватели.
Загрязнение передних фар приводит к ухудшению освещения. Так, при двадцатипроцентном загрязнении фар количество света уменьшается в два раза. В ксеноновых фарах загрязнение приводит к сильному преломлению и рассеиванию светового пучка и соответственно ослеплению других водителей. Применение омывателя фар повышает комфорт и безопасность эксплуатации автомобиля. В ряде стран омыватель является обязательным устройством при использовании ксеноновых фар.
Различают два типа омывателей фар: щеточные и струйные. В щеточном омывателе очистка фары производится движущейся щеткой. При работе омывателя на фару под небольшим давлением продается небольшое количество жидкости, щетка получает движение от электродвигателя и загрязнение удаляется с рассеивателя фары. Щеточный омыватель используется с фарами, имеющими стеклянный рассеиватель. Пластиковый рассеиватель чувствителен к механической очистке. Щеточные омыватели фара ушли в прошлое вместе со стеклянными рассеивателями.
На современных автомобилях используются струйные омыватели фар, в которых для очистки используется кинетическая энергия струи. В данном устройстве струя омывающая жидкость направляется под высоким давлением на рассеиватель фары. Очищающий эффект зависит от угла наклона струи к рассеивателю, реактивной скорости струи, расстояния между форсункой и фарой, объема распыляемой жидкости и степени ее распыла. Струйный омыватель устанавливается опционально на большинстве современных автомобилей, а также предлагается к самостоятельной установке в виде комплектов.
Конструктивно струйный омыватель фар похож на омыватель лобового стекла. Он включает следующие элементы:
В системе омывателя фар используется общий с омывателем лобового стекла бачок. Количество омывающей жидкости в бачке должно обеспечивать порядка 25 циклов очистки (за одно срабатывание распыляется до 200 г омывающей жидкости). Для систем с одинарной форсункой на фару емкость бочка должна быть не менее 2,5 л, со сдвоенными форсунками – не менее 4 л.
Насос обеспечивает давление омывающей жидкости в системе. Для создания давления используется насос роторного типа, который обеспечивает давление в пределе 0,2-0,5 МПа. Насос включен вэлектрическую систему автомобиля.
Соединительные шланги не менее важный элемент системы. Их длина, диаметр должны быть согласованы с объемом впрыскиваемой жидкости и продолжительностью впрыска. Общая длина соединительных шлангов составляет порядка 2-4 м. Шланги соединены между собой с помощью пластиковых соединителей. В одном из соединителей установлен обратный клапан.
Форсунки обеспечивают равномерность распределения потока жидкости на рассеиватель фары и оптимальный расход жидкости. Наиболее эффективный распыл реализуется вихреобразными форсунками, в которых омывающая жидкость перед распылом закручивается в вихревой камере. В зависимости от площади поверхности фары применяют одинарные или сдвоенные форсунки.
Различают два вида форсунок - стационарные и телескопические.Стационарные форсункиустанавливаются в бампере автомобиля и отличаются простотой конструкции. Применение стационарных форсунок должно быть согласовано с дизайном автомобиля.
Телескопические форсункинаиболее популярны в конструкции струйных омывателей. Они не нарушают дизайн автомобиля (форсунка закрыта крышкой и почти не заметна), обеспечивают лучшую очистку фары за счет оптимального расстояния и угла распыления. Из недостатков можно отметить высокую вероятность примерзания крышки форсунки к бамперу в зимнее время. Телескопическая форсунка устанавливается в бампере, реже в вырезе блок-фары.
Конструктивно телескопическая форсунка представляет собойгидравлический цилиндр, запитанный омывающей жидкостью. Жидкость под давлением поступает в гидроцилиндр и перемещает поршень. На поршне расположен шток с форсункой. При достижении поршнем крайнего положения, жидкость через отверстие перепускается в шток и далее поступает к форсунке. Происходит распыл жидкости, давление в системе падает, и поршень со штоком под действием возвратной пружины занимает исходное положение.
Управление струйным омывателем фар реализовано двумя способами:
Автоматическое включение предусмотрено во многих штатных омывателях фар. Алгоритм работы запускается, как правило, при включенном ближнем свете фар и удержании рычага стеклоочистителя лобового стекла во включенном состоянии определенное время (более 1 сек). В некоторых системах омыватель срабатывает через определенное числа включений омывателя лобового стекла, что не очень удобно, т.к. связано с большим расходом омывающей жидкости.
Наиболее совершенной является интеллектуальная система управления омывателем фар. Система отслеживает интенсивность использования омывателя лобового стекла и определяет периодичность срабатывания омывателя фар.
Самый простой способ управления омывателем фар с помощью кнопки (нажал кнопку – сработал омыватель). Кнопка устанавливается на панели приборов. Данный способ управления обеспечивает значительную экономию омывающей жидкости. Необходимость постоянного нажатия кнопки отвлекает внимание водителя.
Передняя противотуманная фара
Передняя противотуманная фара предназначена для улучшения освещения дорожного полотна и обочины в условиях плохой видимости: дождь, туман, пыль, снег. Противотуманнынные фары используются попарно, устанавливаются в качестве опции, реже самостоятельно. Могут иметь белый или желтый цвет.
Противотуманные фары обеспечивают широкий луч света с отсеченной верхней частью. Передние противотуманные фары используются вместо ближнего света или совместно с ним. Эффект от применения фар заключается в уменьшении обратных бликов и, тем самым, улучшении видимости при атмосферных осадках. Наличие передних противотуманных фар не является обязательным, а в некоторых странах они вообще запрещены.
Задние фонари служат для предупреждения других водителей о наличии автомобиля на дороге и изменении характера его движения. В настоящее время задние фонари являются важным элементом дизайна автомобиля.
Конструктивно задние фонари объединяют несколько светосигнальных приборов (фонарей) в одном корпусе, поэтому применяются другие названия – задние комбинированные фонари,блок задних фонарей, модуль задних фонарей. Типовой блок задних фонарей включает:
В модуле большинство фонарей устанавливаются попарно симметрично справа и слева. Некоторые фонари могут устанавливаться отдельно. Для задних фонарей установлены определенные цвета: красный, желтый, белый. Цвет фонаря достигается путем подкрашивания отражателя и (или) покрытия рассеивателя.
На современные легковые автомобили устанавливается два задних габаритных фонаря красного цвета. Габаритные фонари включаются переключателем на панели приборов. Конструктивно задние габаритные фонари совмещены со стоп-сигналами. Обязательным является наличие трех стоп-сигналов: двух по бокам и одного вверху по центру. Стоп-сигналы срабатывают автоматически при нажатии педали тормоза.
Для задних указателей поворота и фонарей аварийной сигнализации используются единые светосигнальные устройства желтого цвета. Указатель поворотов приводится в действие рычажным переключателем под рулевым колесом, аварийная сигнализация – выключателем на панели приборов. Прерывистую работу (с частотой 60-120 циклов мигания в минуту) обеспечивает реле. На панели приборов предусмотрен световой индикатор работы системы.
При включении передачи заднего хода автоматически срабатывает фонарь заднего хода. В зависимости от модели автомобиля устанавливается один или два фонаря.
Работа заднего противотуманного фонаря объединена с противотуманными фарами, а если их нет – с фарами ближнего и дальнего света. Количество фонарей – один или два, цвет – красный. Предусматривается независимое отключение задних противотуманных фонарей. Работа фонарей сопровождается сигнальной лампой на панели приборов. Задние противотуманные фонари необходимо использовать только в условиях плохой видимости (туман, снег, дождь), т.к. в обычных условиях они могут ослепить движущихся сзади водителей.
На автомобилях используется несколько типов конструкций фонарей:
Фонарь с линзой Френеля не имеет отражателя, что значительно упрощает его конструкцию. Свет от источника направляется на специальный рассеиватель (линзу Френеля), который формирует луч нужных параметров. Устройство рефлекторного фонаря аналогично устройству передней фары и включает источник света, отражатель и гладкий рассеиватель. Наиболее распространены фонари комбинированной конструкции, в которых гладкий рассеиватель заменен линзой Френеля.
В задних фонарях в качестве источника света используются вольфрамовые лампы накаливания и светодиоды. Все большую популярность получают задние светодиодные фонари. Светодиоды имеют длительный срок службы (до 100000 часов), низкое энергопотребление.
Большое значение для задних фонарей имеет малое время срабатывания светодиодов (1 мс против 200 мс обычной лампы накаливания). Это свойство делает автомобиль более безопасным, особенно при движении с высокой скоростью. Водитель сзади сможет раньше увидеть намерения водителя спереди, а значит быстрее среагировать на потенциальную опасность. Другое качество светодиодов связано с небольшой толщиной монтажного модуля из них, что дает дополнительные возможности для моделирования и дизайна задних фонарей.
Для работы светодиодов требуется ток определенного напряжения и силы. Блок светодиодов имеет электронное управление. Электронный блок управления интегрируется в модуль фонаря или устанавливается отдельно.
В конструкции задних фонарей в основном используются отражатели свободной формы, реже параболические отражатели. Источник света располагается в фокусе отражателя (прямой отражатель). При использовании светодиодов, каждому светодиоду назначается своя область отражателя.
В последнее время внедряются системы с невидимым источником света. Основу их конструкции составляют светодиоды с косвенным отражателем. Светодиоды светят как бы со стороны, а свет от них отражается под углом 90°.
Практический интерес представляет конструкция заднего фонаря со сдвоенным отражателем. В такой системе два отражателя (один за другим) используются с одним источником света. Задний отражатель улавливает боковые лучи света и создает фоновое освещение. Передний отражатель создает луч света высокой интенсивности.
Широкие возможности для дизайна задних фонарей открывают оптоволоконные технологии. Оптоволокно позволяет получить световой рисунок необходимой формы (полосы, изгибы, кольца). Система объединяет оптический световод и источник света. Световод обеспечивает однородное линейное освещение, для чего по его длине выполненные множественные призмы, отражающие лучи света под углом 90°.
Световод изготавливается из поликарбоната (РС) илиполиметилметакрилата (РММА). Источник света устанавливается с одной стороны или с обоих концов световода.
Светодиоды открыли возможность и для создания системы адаптивного заднего освещения (Adaptive Rear-lighting System). Система приспосабливает свет задних фонарей к изменяемым внешним условиям. В работе системы адаптивного заднего освещения используются различные автомобильные датчики (датчик дождя, датчик освещения, датчик влажности и др.). На основании сигналов датчиков электронный блок управления обеспечивает работу задних фонарей в соответствии с условиями движения.
Стоп-сигналы, габаритные фонари, указатели поворотов адаптируются к условиям видимости (день, ночь, непогода). Так, стоп-сигналы в солнечный день будут работать более интенсивно, чем ночью. Другим направлением является адаптация света стоп-сигналов к величине тормозного усилия на педали. В соответствии с этим реализуется три режима работы стоп-сигналов: нормальный, повышенный, экстренный.
Управление приборами освещения
Управление приборами освещения, входящими в состав системы освещения, осуществляется соответствующими переключателями из салона автомобиля. На некоторых автомобилях реализовано автоматическое управление отдельными функциями:
Электрическим стеклоподъемником(электростеклоподъемником) называется стеклоподъемник, имеющий электрический привод. Электростеклоподъемники относятся к системам комфорта, т.к. обеспечивают дополнительные удобства водителю и пассажирам при подъеме (опускании) стекол боковых дверей. В настоящее время электростеклоподъемники почти полностью вытеснили механические стеклоподъемники, использующие ручной привод.
Электрический стеклоподъемник устанавливаются внутри корпуса двери, непосредственно на самом корпусе или на отдельном подрамнике. Электростеклоподъемник имеет следующее общееустройство:
Приводной механизм (мотор-редуктор) объединяет электрический двигатель, червячную передачу и зубчатую передачу, выполненный в виде единого блока. Он служит для создания усилия, необходимого для перемещения стекла. Применение в механизме червячной передачи обеспечивает защиту от несанкционированного открытия окна. В червячном редукторе передача вращения производится только в одном направлении – от червяка к колесу. При попытке вращения в противоположном направлении происходит блокировка передачи.
Механизм подъема производит непосредственное перемещение стекла. В зависимости от конструкции механизмов подъема различают следующие виды стеклоподъемников:
В конструкции современных автомобилей наиболее востребованы тросовый и рычажный механизмы подъема.
Тросовый стеклоподъемникпредставляет собой гибкий элемент (трос, зубчатый ремень, цепь), натянутый между несколькими роликами внутри двери. Движение гибкому элементу передается через приводной барабан. При вращении барабана одна ветвь гибкого элемента наматывается, другая сматывается, а сам элемент получает поступательное движение. Гибкий элемент соединяется со стеклом с помощью пластины.
Рычажный стеклоподъемникобъединяет рычаг, ползун, установленный на конце рычага, и пластину крепления стекла. Механизм подъема может иметь один или два рычага (для обеспечения равномерности перемещения). Вращение от приводного механизма передается на колесо с сектором, находящееся в зацеплении с рычагом и обеспечивающее его движение. Некоторые двухрычажные конструкции имеют два колеса.
Реечный механизм подъемасостоит из неподвижной зубчатой рейки и направляющей пластины, соединенной со стеклом. На пластине также размещен приводной механизм, шестерня которого находится в зацеплении с зубчатой рейкой и обеспечивает перемещение стекла.
Перемещение стекла в заданном направлении обеспечиваютнаправляющие: желоба в рамках двери, специальные рельсы в корпусе двери.
Электрические стеклоподъемники могут иметь систему управления двух видов:
Непосредственное управление электростеклоподъемникомосуществляется с помощью трехпозиционного переключателя, включенного в цепь питания электродвигателя. При перемещении переключателя в первую позицию двигатель вращается в одну сторону, при перемещении во вторую позицию происходит смена полярности и соответственно изменение направления вращения двигателя. Ввиду травмоопасности данный вид стеклоподъемника имеет очень ограниченное применение.
Электронное управление стеклоподъемниками имеет более сложную конструкцию:
К входным устройствам относятся переключатель режимов работы, а также датчики положения стекла. В электронной системе управления применяются также трехпозиционные переключатели. На водительской двери (панели управления, центральной консоли) устанавливается блок переключателей, с помощью которого можно управлять стеклоподъемниками всех дверей. Там же может устанавливаться выключатель блокировки стеклоподъемников дверей.
В качестве датчиков положения стекла могут использоватьсядатчики Холла. Датчики устанавливаются на червячном колесе. В результате работы датчиков изменение магнитного потока, возникающее при вращении червячного колеса, преобразуется в импульсы напряжения на выходе датчика. Электронный блок управления учитывает:
Каждый стеклоподъемник имеет, как правило, свой электронный блок управления. Блок управления преобразует сигналы входящих устройств в управляющее воздействие на исполнительное устройство – электродвигатель постоянного тока. Все блоки связаны между собой через центральный блок управления системами комфорта.
Электронное управление обеспечивает значительное расширение функциональных возможностей электростеклоподъемников. Помимо традиционных функций подъема-опускания стекол, в работе стеклоподъемников могут быть реализованы следующие функции:
Функция автоматического открывания и закрывания оконоснована на продолжительности нажатия переключателя. Кратковременное нажатие на переключатель инициирует подъем (опускание) стекла, продолжительное нажатие – автоматическое закрывание (открывание) окна.
Для обеспечения безопасности при перевозке детей предусмотренаблокировка электростеклоподъемников задних дверей с водительского места.
В программе электростеклоподъемников заложена возможность работы после остановки двигателя и выключения зажигания, что позволяет закрывать окна, не запуская двигатель повторно. Продолжительность работоспособного состояния стеклоподъемников после остановки двигателя может колебаться в зависимости от конструкции от нескольких секунд до нескольких минут.
Важной функцией, с точки зрения безопасности, являетсяреверсирование движения стекла при встрече препятствия на подъеме. Данная функция реализуется путем контроля скорости вращения приводного механизма. Как только скорость механизма уменьшается (датчики Холла подают сигналы большей продолжительности), электронный блок управления меняет направление вращения электродвигателя на противоположное, а стекло начиняет двигаться вниз.
Достаточно редко применяется функция внешнего управления стеклоподъемниками, которое производится поворотом ключа зажигания, вставленного в замок двери. На некоторых моделях автомобилей предусмотрена возможность закрывания окон с помощью центрального замка с дистанционным управлением.
Для автомобилей-купе, оборудованных безрамными окнами, предусмотрена функция автоматического опускания стекла на несколько миллиметров, чем достигается беспрепятственное открывание двери.
Стеклоочистители (обиходное название – «дворники») – система автомобиля, предназначенная для удаления влаги и грязи с автомобильных стекол. По своей сути стеклоочиститель относится ксистемам активной безопасности, т.к. обеспечивает видимость в любых условиях, тем самым предотвращает аварию.
Стеклоочистители устанавливаются на ветровом стекле, заднем стекле (кроме автомобилей с кузовом седан). На некоторых автомобилях применяются стеклоочистители фар. Для повышения эффективности очистки стеклоочиститель применяется совместно состеклоомывателем.
Стеклоочиститель имеет следующее общее устройство:
Привод стеклоочистителей обеспечивает возвратно-поступательное движение щеток (щетки) по стеклу. Самым распространенным является электрический привод стеклоочистителей. Типовой электрический привод включает:
В приводе может применяться один (объединенный привод щеток индивидуальный привод щетки) или два (индивидуальный привод щеток) электродвигателя. Червячный редуктор увеличивает усилие от электродвигателя в несколько десятков раз. Трапеция представляет собой систему рычагов, преобразующих вращательное движение редуктора в возвратно-поступательное движение поводков. К поводкам крепятся щетки.
Различают несколько типов крепления щетки к поводку, обусловленных интересами разных производителей:
Непосредственная очистка стекла от влаги и грязи производится с помощью щеток. Различают два типа щеток:
Каркасную щетку объединяет жесткий каркас, состоящий из шарнирно соединенных коромысел, и резиновую ленту специального профиля. Каркас обеспечивает равномерную передачу давления на стекло от поводка. Лента с каркасом соединяется с помощью зажимов.
Бескаркасная щетка представляет собой изогнутый пружинный стальной элемент, размещенный внутри резиновой ленты – щетки. Высокое качество очистки стекла в зимнее время обеспечивает бескаркасная щетка с подогревом, подключаемая посредством провода к прикуривателю автомобиля. Альтернативой данному решению является подогрев места установки каркасной щетки на стекле, предотвращающий замерзание и обледенение резиновой ленты.
На каркасной и бескаркасной щетки может устанавливатьсяспойлер, компенсирующий парусность щетки и увеличивающий прижимное усилие к стеклу.
Ветровое стекло может очищаться двумя или одной щетками. Движение двух щеток может быть попутным (tandem) или встречным (opposed). Одинарная щетка, в отличие от двойных щеток, имеет меньшую площадь очистки. Этого недостатка лишена конструкция стеклоочистителя Monoblade от Mercedes-Benz, которая обеспечивает движение щетки по периметру ветрового стекла.
Стеклоочиститель может иметь электрическое или электронное управление. Электрическое управление представляет собой электрическую цепь, включающую подрулевой переключатель и реле. Переключатель предусматривает несколько непрерывных (низкая и высокая скорость) и несколько прерывистых (дискретных) режимов.
Более совершенным является электронное управление стеклоочистителем, которое помимо традиционных режимов (непрерывное и прерывистое движение щеток) может обеспечивать ряд дополнительных функций:
Автоматическое регулирование работы стеклоочистителя производится с помощью датчика дождя. Датчик дождяустанавливается с внутренней стороны ветрового стекла рядом с зеркалом заднего вида. Конструктивно датчик объединен сдатчиком освещенности (находятся в одном корпусе).
Схема датчика дождя
Датчик дождя состоит из светодиода, фотодиода и оптического элемента. Свет от светодиода отражается от поверхности стекла, фокусируется оптическим элементом и воспринимается фотодиодом. При этом количества света, попадающего на фотодиод, изменяется в зависимости от количества воды на стекле. Изменяется и выходной сигнал фотодиода, который обрабатывается электронным блоком управления стеклоочистителя. Блок управления, в свою очередь, устанавливает определенный режим электродвигателя.
Таким образом, чем больше воды или грязи на ветровом стекле, тем интенсивнее работают щетки стеклоочистителя. Если с водой автоматика справляется успешно, то очистка грязи создает проблемы. Датчик дождя при этом отключается, а управление щетками производится вручную. Благо, что в конструкции предусмотрено принудительное отключение датчика дождя, изначально предусмотренное для помывки машины.
Проводка обычно однопроводная — в качестве второго провода используется «масса» — металлические кузов и рама автомобиля. Это упрощает и удешевляет проводку, но снижает её надёжность в отношении коротких замыканий. К корпусу («массе») автомобиля подключают, как правило, отрицательные клеммы источника электроэнергии, это снижает коррозию металлических элементов кузова.
Элементы управления обеспечивают согласованную работу источников тока и потребителей электроэнергии. В системе используются следующие элементы управления:
щитки предохранителей- Автомобильные предохранители защищают электрические цепи автомобиля от короткого замыкания. Автомобильные предохранители — устройства, которые путем разрушения одного или нескольких специально предназначенных элементов размыкают цепь, в которую они включены, отключая ток, когда он превышает заданное значение в течение достаточного времени.
блоки реле,
электронные блоки управления. Они расположены, как правило, децентрализованно.
На современных многие функции реле и выключателей возложены на электронные блоки управления, но полностью отказаться от этих устройств пока невозможно. Например, на блок управления бортовой сетью осуществляет следующие функции:
В бортовой сети автомобиля помимо традиционной электрической проводки используются мультиплексные системы - т.н. шины данных, обеспечивающие соединение электронных блоков управления между собой и передачу сигналов управления в цифровом виде.