Бортовая электрическая сеть
Бортовая электрическая сеть - это совокупность средств, обеспечивающих соединение источников и потребителей электрической энергии. Основными элементами электрической сети являются: соединительные провода, средства зашиты цепей от перегрузок (предохранители, автоматические выключатели), средства коммутации (выключатели, переключатели) и различные соединительные и распределительные устройства. Соединение потребителей, в основном, осуществляется по однопроводной схеме. В качестве второго провода используется корпус автомобиля. Достоинствами такого соединения являются уменьшение расхода меди, упрощение монтажа проводки, а недостатками - увеличенная возможность замыкания между проводами и корпусом.
Предохранители используются для защиты электрических цепей от перегрузок. На автомобилях широко применяются плавкие и термобиметаллические предохранители.
Плавкие предохранители имеют плавкую вставку, которая рассчитывается на длительное протекание тока номинального значения. При увеличении тока на 50% она расплавляется в течение 1 мин. Используемые в настоящее время плавкие предохранители делятся на цилиндрические, штекерные и пластинчатые. Цилиндрические предохранители — самые массовые на российских автомобилях. Их достоинством является простота определения сгоревшего предохранителя. Недостатком является ненадежность контакта при ослаблении прижимных лапок на блоке. Штекерные предохранители международного стандарта имеют штекеры, залитые в корпус из цветной пластмассы: светло-коричневый - 5 А; темно-коричневый - 7,5 А; красный — 10 А; синий - 15 А; желтый - 20 А; белый — 25 А; зеленый — 30 А. Достоинствами этих предохранителей является компактность и надежность, недостатками - сложность визуального определения сгорания предохранителя. Предохранители в виде пластинчатых вставок рассчитаны на ток 30 и 60 А. Они закрепляются на блоках винтами.
Термобиметаллические предохранители делятся на предохранители много- и однократного действия. В их состав входит биметаллическая пластина, которая при повышении тока в результате нагрева изгибается и размыкает электрическую цепь. В предохранителях многократного действия после остывания биметаллической пластины электрическая цепь восстанавливается. В предохранителях однократного действия для восстановления электрической цепи необходимо нажать специальную кнопку.
Коммутационная аппаратура включает в себя различные типы выключателей и переключателей.Основным коммутационным устройством на автомобиле являются выключатель с приводом от замкового устройства — замок-выключатель. Замок-выключатель обеспечивает включение первичной цепи системы зажигания, контрольно-измерительных приборов, стартера, стеклоочистителя, радиоприемника и других устройств. На автомобилях с карбюраторным двигателем замок-выключатель называют выключателем зажигания, а на автомобилях с дизелем — выключателем приборов и стартера.
Система пуска
Система пуска предназначена для принудительного вращения вала ДВС и облегчения пуска ДВС. Наибольшее распространение получила электростартерная система пуска. Она состоит из аккумуляторной батареи, стартерной цепи (проводов, коммутационной аппаратуры), стартера, средств облегчения пуска и ДВС (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Структурная схема электростартерной системы пуска
Стартер
|
Автомобильный стартер (рис. 2.2) служит для сообщения коленчатому валу двигателя определенной начальной частоты вращения. У карбюраторных двигателей эта частота должна быть равна 50-100 об/мин, у дизелей - 150-200 об/мин. Пусковой ток у стартеров различного типа достигает 100-800 А.
Рис. 2.2. Схема стартера с электромагнитным включением:
1 — аккумуляторная батарея; 2 — выключатель; 3 - обмотка тягового реле; 4 — подвижный сердечник (якорь);
5 - пружина; 6 — рычаг; 7 - шестерня; 8 — вал электродвигателя; 9 - маховик; 10 - электродвигатель
Стартер современного автомобиля состоит из электродвигателя 10, приводного механизма и тягового реле. Приводной механизм обеспечивает ввод и удержание шестерни 7 стартера в зацеплении с венцом маховика 9 во время пуска и предохранение якоря стартерного электродвигателя от разноса вращающимся маховиком работающего двигателя. Тяговое реле 3 является одновременно и частью приводного механизма, обеспечивая его перемещение по оси вала якоря, и частью стартерной цепи, замыкая в конце хода якоря тягового электромагнита силовые контакты цепи питания стартерного электродвигателя. В качестве стартерного электродвигателя часто применяются электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением, так как в этом случае обеспечивается большой пусковой момент. Недостатком этих двигателей является значительная частота вращения при холостом ходе, что вызывает разрушение якоря. Данный недостаток частично устраняется использованием электродвигателей смешанного возбуждения, имеющих дополнительную параллельную обмотку возбуждения. К общим недостаткам двигателей постоянного тока следует отнести повышенный износ электрических контактов в коллекторно-щеточном механизме, вызванный трением и искрением контактов. Коллектор, составленный из медных ламелей, является наиболее ответственным узлом электродвигателя. Коллекторы подвергаются значительным электрическим, тепловым и механическим нагрузкам. В стартерах применяют сборные цилиндрические коллекторы на металлической втулке (стартеры большой мощности), а также цилиндрические и торцовые - с пластмассовым корпусом. После пуска двигателя частота вращения коленчатого вала не должна передаваться через шестерню обратно на стартер. В противном случае возможен разнос якоря стартера. Поэтому усилие от вала якоря к шестерне у большинства стартеров передается через муфту свободного хода (рже. 2.3), или обгонную муфту. Муфта обеспечивает передачу крутящего момента только в одном направлении - от вала якоря к маховику.
Рис. 2.3. Схема действия сил и роликовой муфте свободного хода
При включении стартера ролики муфты заклиниваются между обоймами муфты. Благодаря этому, крутящий момент от наружной ведущий обоймы передается роликами на внутреннюю обойму. После запуска ДВС наружная обойма становится ведомой, ролики расклиниваются и муфта начинает пробуксовывать (ω 
> ω 
). Основными силами, действующими в роликовой муфте при включении стартера, являются: сила тяги Fтяги1, действующая со стороны наружной обоймы на ролики; сила тяги Fтяги2, действующая со стороны роликов на внутреннюю обойму; сила трения Fтр1 (Fтр2) между поверхностями роликов и внешней обоймы (поверхностями роликов и внутренней обоймы); сила прижимной пружины F 
. Муфта работает без пробуксовывания, если Fтяги1< F 
и Fтяги2< F 
Одним из основных параметров муфты является угол заклинивания α. В зависимости от него изменяются силы трения F , F и нагрузка, действующая на обоймы привода.
В стартерах большой мощности (более 5 кВт) роликовые муфты работаю: ненадежно. Поэтому для них разработаны специальные конструкции приводов. Примером таких конструкций является хра-повая муфта свободного хода. Принцип действия этой муфты следующий. При передаче вращающего момента от вала стартера к венцу маховика возникает осевое усилие, прижимающее ведомую и ведущую половины храповой муфты. Как только ДВС запускается, происходит пробуксовка храповой муфты. Во время пробуксовывания ведущая половина отодвигается от ведомой и фиксируется в этом положении сухарями, смещающимися в радиальном направлении под действием центробежных сил. При выключении стартера ведомая половина прижимается к ведущей и при этом воздействует на сухари, заставляя их занять исходное положение.
Для увеличения вращающего момента на коленчатом валу применяется понижающая передача (с передаточным отношением 10-15), позволяющая использовать в стартерах быстроходные двигатели, требующие для своего производства небольшой расход активных материалов и имеющие малые габариты и массу. В настоящее время широкое распространение получают высокооборотные стартеры с встроенным редуктором. Редуктор устанавливается между ротором электродвигателя и шестерней, сидящей на выходном валу стартера. Наиболее перспективным редуктором является планетарный редуктор Джемса (рис. 2.4). Его достоинствами является симметричность передаваемых усилий и высокий КПД. При этом преимущества стартеров с редуктором проявляются, начиная с мощности примерно 1 кВт.
Рис. 2.4. Планетарный редуктор: 1 — сателлит; 2 — солнечное зубчатое колесо; 3 — коронное зубчатое колесо
Для маломощных стартеров, устанавливаемых на карбюраторных ДВС с небольшим рабочим объемом, применение редуктора не сокращает общую массу. Для них целесообразно применение непосредственного привода.