Тенденции развития автомобильного бортового электрического и электронного оборудования

Тюнинг электрооборудования автомобилей и мотоциклов. Автотроника

Тема 8

Тюнинг кузова и силового каркаса автомобилей и мотоциклов

ТЕМА 7

Известно [1], что стоимость кузова легкового автомобиля составляет 55-60 % стоимости всего АТС. При этом именно кузов является его несущей системой и недолговечность его является основной причиной отправки АТС в капитальный ремонт. Нередко при сравнительно исправных двигателях и шасси. Поэтому одной из основных забот автомобилиста после приобретения нового АТС является своевременная и качественная доработка кузова с целью его противокоррозионной защиты от возможных дефектов, вызванных эксплуатационными и технологическими производственными причинами, качественная шумоизоляция современными материалами.

Электрооборудование автомобиля представляет собой совокупность электрических приборов и аппаратуры, обеспечивающих нормальную работу автомобиля.

Электрооборудование является наиболее сложной и интеллектуальной составляющей автомобиля. Тюнинг электрооборудования поможет наиболее эффективно и грамотно пользоваться и управлять большинством элементов электросети автомобиля с максимальной эффективностью, начиная непосредственно с тюнинга производителя электроэнергии – генератора и заканчивая тюнингом лампочек стоп сигналов в задних фонарях.

Современный автомобиль состоит из четырёх основных агрегатов: двигателя внутреннего сгорания (ДВС), кузова, шасси и ходовой части. Эти агрегаты состоят из различных функциональных систем, которые обеспечивают выполнение главной функции автомобиля – перевозку грузов и пассажиров. Для того, чтобы перевозки были безопасными, а для пассажиров и комфортными, чтобы агрегаты, узлы, блоки, системы работали безотказно, на автомобиле широко используются электротехнические устройства и средства электронной автоматики.

В последние годы техническая оснащённость автомобилей электронной бортовой автоматикой значительно возрастает. Совсем недавно микропроцессорные системы зажигания, электронные системы управления гидравлическими тормозами, системы впрыска бензина, бортовая самодиагностика считались последними достижениями в области автомобильного аппарато- и приборостроения. Теперь их относят к классическим системам и устанавливают почти на каждый серийный автомобиль.

В наши дни на вновь разрабатываемые модели автомобилей дополнительно начинают устанавливать совершенно нетрадиционные бортовые автоматические системы, к которым относятся: информационная система водителя с микропроцессорным обеспечением; спутниковая навигационно-поисковая система; радарные и ультразвуковые системы защиты автомобиля от столкновений и угона; системы повышения безопасности и комфорта людей в салоне; система круиз-контроля; система «электронная карта»; мультиплексная электропроводка. На базе электронных систем автоматического управления двигателем (ЭСАУ-Д) и тормозами (ЭСАУ-Т) разработана и уже применяется гироскопическая система VDC для повышения курсовой устойчивости автомобиля на дороге в сложных условиях движения. Система VDC работает по принципу запрограммированного под нештатные условия движения совместного воздействия на крутящий момент ДВС (посредством системы ASR) и на антиблокировочную систему тормозов ABS, чем исключается боковой увод (снос) автомобиля при повороте на большой скорости или на скользкой дороге. Водителю, в таком случае, отводится роль активного наблюдателя, контролирующего и корректирующего поведение автомобиля.

Интенсивно ведутся научные исследования возможности применения электромагнитных клапанов с электронным управлением в газораспределительном механизме (ГРМ) поршневого ДВС.

В современных условиях глобальным требованием к новейшим автомобильным электрическим и электронным системам является неукоснительное исполнение международных стандартов ОВД-II (США) и Е ОВД –II(EU), которые также продолжают совершенствоваться.

Помимо специфики выполняемых функций новейшие системы автомобильной бортовой автоматики кардинально отличаются от классических, чисто электронных систем, широким разнообразием принципов действия входящих в них составных подсистем. В зависимости от решаемой задачи, в новую систему в качестве основных компонентов, могут входить не только электронные и электрические узлы и блоки, но и механические, гидравлические, светооптические, ультразвуковые и любые прочие устройства, имеющие не электрическую природу функционирования. Их роль в реализации заданной функции управления главная, хотя все информационные процессы в системе реализуются на уровне электронных блоков управлении (ЭБУ), а в новейших системах – в бортовых микропроцессорах. Такие крупные составные комплексы управления не могут относиться ни к механическим, ни к электрическим, ни к электронным, ни к любым другим «чистым», по принципу действия, системам.

В этой связи новейшие системы автомобильной бортовой автоматики, получили новое название – автотронные системы.

Современная информационная система водителя

Автомобильнаяинформационно-диагностическаясистемаявляетсясоставной частьюсовременногоавтомобиляипредназначенадлясбора,обработки,храненияиотображенияинформацииорежимедвиженияитехническомсостоянииав­томобиля,атакжеокружающихеговнешнихфакторах.

Сегоднясистема«водитель—автомобиль—дорога—среда»начинаетрассматриватьсякакединоецелое.Улучшениедвижениянаперегруженныхавтомагистраляхвозможно,есливодительбудетиметьоперативнуюинформациюосостояниидороги,транспортныхпотокахиосостоянииуправляемогоавтомобиля.

Правительстваразличныхстранфинансируютпроекты,направленныенаувеличениебезопасности,эффективности,пропускнойспособности,уменьшениезагрязненияокружающейсредынакрупныхавтомагистралях.Иногдавэтойсвязи говорятоконцепцииинтеллектуальнойтранспортнойсистемы.ВСШАиЯпонии такойпроектназываетсяITS(intelligenttransportationsystem—ITS),вЕвропе— Telematic.

Проектывключаютсозданиеинфраструктурыинеобходимойбортовойэлектроннойаппаратурыдляоптимальнойорганизациидвижениятранспортных средствединымпотоком«бамперкбамперу»(platoon),передачиводителямрекомендаций,предупрежденийит.д.Потребуютсядатчикидляопределенияинтенсивноститранспортныхпотоков,компьютерыдляобработкибольшихмассивов информацииигенерациисообщений,средствасвязи,автомобильныедисплеии многоедругое.

Внекоторыхпроектах(Telematic)предполагается,чтоинформация,необходимаядляфункционированияITS,будетпоступатьссамихавтомобилей,необходимымобразомоснащенныхтелематическимисистемами.

ЧтодастреализацияпрограммыITSвбудущем,несовсемясно,поимеющиеся технологиипозволяютужесегодняреализоватьсовременнуюинформационную системуводителя.

Нарис.5.1приведенаблок-схемаинформационнойсистемыводителя,для конкретногоавтомобиляреализацияможетбытьиной.Винформационнуюсистемувходятнесколькоподсистем,включаянавигационнуюсистему,дистанционное управлениедвернымизамками,системусвязи«автомобиль—дорога»,цифровой аудио-ивидеокомплекс,системупередачисрочнойинформацииводителюпорадио.Набортовойкомпьютерпоступаюттакжесигналыоткомпаса,датчикаскоростивращенияколес,датчикаположенияруляидругих.

Современныеинформационныесистемыводителясихширокимивозможностямисейчасвсечащеназываюттелематическими(образованоотсловтелекоммуникациииинформатика).Телематическиесистемы—этоустройстваобменаинформациеймеждусистемамиавтомобиля,водителемиокружающиммиром:бортовойкомпьютер,навигационнаясистема,средствасвязиит.д.Электронныеблокиуправленияагрегатамиавтомобиля(двигатель,тормозасABSит.д.)выдают информациюсистемамтелематикипошинеданных.Ожидается,чток2010году практическивсеавтомобилибудутиметьминимальныйпакеттелематики.

Системадистанционногоуправлениядвернымизамкамиавтомобиляшироко используетсяужесегодня.Портативныйпередатчик,инфракрасныйилирадио, умещающийсявруке(«брелок»),посылаетцифровойкодприемномуустройству наавтомобиле.Есликодправильный,срабатываетисполнительныймеханизми замокоткрывается.Еслисистемаопознаетдвекодовыепосылкикакложные,дис­танционноеуправлениезамкамиблокируется,ихможнооткрытьтеперьтолько ключом,приэтомблокировкасбрасывается.Такоерешениеисключаетподбор кодовкаким-либоэлектроннымустройствомсцельюугона.

Системасвязи«автомобиль—дорога»обеспечиваетпередачусообщенийот дорожныхинформационныхслужбавтомобилюпорадио.Системапредставляет собойинфраструктуруизприемопередатчиковнебольшоймощностинадорогахи средствдлягенерациисообщений.Локальныйприемопередатчикимеетограниченныйнаборфиксированныхсообщений.Различныесообщенияможетгенерироватьстационарныйкомпьютерипередаватьихлокальнымточкам(например,о пробкахнаданноммаршруте).Приемопередатчикиинформационнойсистемы могуттакжеавтоматическиполучатьотпроходящихмимоавтомобилейсведенияс помощьюустановленныхнанихтранспондеров.

Транспондер—этоспециальныйавтоматическийприемопередатчик,устанавливаемыйнаподвижныхобъектах.Вответнакодовуюпосылкутранспондерпередаеттребуемуюинформациюобобъекте,накоторомонустановлен.Вавиации транспондерыиспользуютсядляавтоматическойпередачипараметровдвижения самолетаназемнымслужбам.

Вавтомобиляхтранспондерыиспользуютсядлядистанционноговзиманияплатызапроездпошоссе,полученияинформацииозагрузкепроходящихгрузовиков ит.п.Имеетсявозможностьдистанционнополучатьипередаватьинформациюот бортовойдиагностическойсистемысервиснымпредприятиям.Вслучаеобнаруженияотклонений,водительпредупреждаетсясоответствующимтекстомнадисплее илипрочтениемэтоготекстакомпьютером.

Цифровойаудио-видеокомплекс—CD-проигрыватель,радиоприемник— имеетвосновномразвлекательноеназначение.

Системапередачисообщенийпорадиоиспользуетдополнительныйканалв УКВ-диапазоне,чтотребуетспециальногоприемника.Порадиоканалупередается различнаяпредупредительнаяинформация(оползни,гололед).Имеетсявозможностьпередачикорректирующейинформациидляданнойместностиксигналам отспутниковойглобальнойпозиционирующейсистемы.Этопозволяетувеличить точностьопределениякоординатавтомобиляс±100метровдо±5метров.

Технологиидляорганизациитакойинформационнойсистемысуществуютуже сегодня.Требуетсясозданиенеобходимойиэкономическиоправданнойинфраструктуры,атакжесистемыгенерациисообщений.

Электрооборудование автомобиля — совокупность устройств, вырабатывающих, преобразующих, передающих и потребляющих электроэнергию на автомобиле.

Электрооборудование автомобиля представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных электротехнических и электронных систем, приборов и устройств, обеспечивающих надежное функционирование двигателя, трансмиссии и ходовой части, безопасность движения, автоматизацию рабочих процессов автомобиля и комфортные условия для водителя и пассажиров.

Тюнингу, в той или иной степени, могут быть подвергнуты практически все элементы электрооборудования автомобиля. Основными направлениями работ в данной области являются замена отдельных электронных приборов на более эффективные и современные, отвечающие потребностям автовладельца, а также установка дополнительных устройств с новыми функциональными, эргономическими и др. характеристиками (новыми вообще или для данной марки, модели автомобиля, в частности)

Электрооборудование любого автомобиля включает:

- источники электроэнергии (аккумуляторная батарея, генератор);

- потребители электроэнергии (световые приборы, система зажигания, электронные приборы и устройства, обеспечивающие комфортные условия для водителя и пассажиров, а также работу систем узлов и агрегатов автомобиля и пр.);

- вспомогательные элементы, которые передают электроэнергию от источников к потребителям (провода, реле, предохранители и пр.).

Тюнингу могут подвергаться практически все составные части электрооборудования. Это одно из самых массовых направлений модернизации автомобиля, которое не редко выполняется неквалифицированными специалистами или собственными силами с нарушением основных правил электротехники и электроники. Нарушения зачастую приводят к не достижению желаемого эффекта, выходу из строя тех или иных элементов электрооборудования и даже к возгоранию автомобиля. При этом, как правило, игнорируется один из основных факторов, который необходимо учитывать при вмешательстве в систему электрооборудования – замена любого из элементов (установка дополнительных элементов) электрооборудования вызывает необходимость замены, модернизации или настройки других ее элементов.

Несколько примеров данного утверждения.

1. Применение более мощных электропотребителей требует, как минимум, замены предохранителя в этой цепи, т. к. предохранитель, не рассчитанный на превышение мощности, может перегореть. Простая установка предохранителя более высокого номинала недопустима, так как это может привести к нагреву электропроводки и, как следствие, к нарушению изоляции, замыканию, пожару. Следовательно, необходимо заменить не только предохранитель, но и соответствующие провода на более «мощные» (большего сечения, с лучшей изоляцией). При значительном превышении потребляемой мощности необходимо будет также менять источники электроэнергии на более мощные.

2. Установка новой магнитолы (например, с лучшими характеристиками по уровню и качеству звука) потребует соответствующей замены динамиков (акустики), установки сабвуфера, усилителя и пр.

3. Установка дополнительных датчиков, замена элементов системы зажигания, электронных устройств различных систем и агрегатов автомобиля, как правило, вызывает необходимость выполнить соответствующие программные настройки электронного блока (системы) управления.

Таким образом, прежде чем самостоятельно приступать к работе с электрооборудованием, необходимо вспомнить и принять к руководству основные правила работы с электроустановками.

Знание электрических законов в объеме, достаточном для тюнинга или любого вмешательства в схему электрооборудования автомобиля необходимо не только с целью достижения желаемого результата, а и для того, чтобы обеспечить безопасность водителя и окружающих, чтобы не вывести из строя весь автомобиль или отдельные его элементы.

Один из самых основных законов электротехники - закон Ома. Этот закон описывает соотношение между силой тока, напряжением и сопротивлением. Чем больше напряжение, тем выше сила тока (I = U/R). А так как в автомобиле напряжение не меняется во времени (12 вольт), то при заданном напряжении (U) сила тока (I) зависит от сопротивления (R) проводника. Сопротивление - это основная электрическая характеристика проводника, измеряется в Омах. Результат сопротивления проводника, - это его нагрев. Сопротивление проводника зависит от его длины, сечения (толщины) и удельной электрической проводимости материала. Материал проводников в автомобиле – медь. Значит, при необходимости замены в автомобиле электропровода надо определить только его длину и сечение Чем больше длина и меньше сечение проводника, тем больше его сопротивление. Если сечение выбранного провода оказывается слишком мало для подачи тока, необходимого потребителю электроэнергии, сопротивление провода будет давать падение напряжения по всей его длине. Потребители, работающие при пониженном напряжении, могут просто не работать, или работать с искажениями, или выходить из строя. В свою очередь, из-за большого сопротивления провод начнет перегреваться, что может привести к его возгоранию. Используя закон Ома можно рассчитать силу тока в проводнике (I = P/U), зная мощность потребителя электроэнергии (напряжение известно). И далее, для найденной силы тока подбирается нужное сечение провода. Чем больше потребляемая мощность, тем толще должен быть провод. Мощность, потребляемая электроустройством, как правило, указана непосредственно на самом устройстве или в его техническом описании.

Ориентировочно необходимое сечение автомобильного провода (обязательно он должен быть медным) можно определить по таблице 4.1.

Таблица 4.1.Требуемое сечение провода в зависимости от силы тока

Сечение провода, мм^2	Сила тока в одиночном проводе, А при длительной нагрузке и при температуре окружающей среды, ^оС
0,5	17,5	16,5	14,0	9,5
0,75	22,5	21,5	17,5	12,5
1,0	26,5	25,0	21,5	15,0
1,5	33,5	32,0	27,0	19,0
2,5	45,5	43,5	37,5	26,0

Кроме того, необходимо учитывать ограничения, связанные с количеством проводов в жгуте. Так, например, при прокладке проводов сечением от 0,5 до 4,0 мм² в жгутах от 2 до 7 проводов, сила допустимого тока в проводе должна рассчитываться с коэффициентом 0,55 от силы тока в одиночном проводе согласно таблице приведенной выше, а при наличии от 8 до 19 проводов со значением коэффициента 0,38. Это связано с нагревом проводов в связке, увеличению при этом их сопротивления и понижению пропускной способности тока.

Тюнинг источников питания

Основным направлением совершенствования источников электропитания легкового автомобиля (аккумуляторная батарея, генератор) является их замена на более эффективные в соответствии с потребностями автовладельца или необходимостью. Кроме замены источников электропитания на более мощные, существуют и другие методы повышения их эффективности или продления срока службы.

Аккумулятор

Аккумулятор в автомобиле выполняет три основные функции: запускает двигатель, помогает генератору, когда тот не справляется с нагрузкой, питает некоторые электрические устройства, когда двигатель не работает (например, сигнализацию, магнитолу и пр.)

Цель тюнинга аккумулятора – повышение эффективности выполнения указанных функций, а также увеличение продолжительности его работы. Основной показатель, характеризующий аккумуляторную батарею (АКБ) его емкость, выраженная в ампер-часах (Aч). Она характеризует способность аккумулятора давать определенный ток в течение определенного времени. Например, емкость 50 ампер-час означает, что аккумулятор может давать ток в 1 ампер в течение 50 часов (или в 2 ампера в течение 25 часов и т.д.). Существенными являются также такие показатели как пусковая и резервная мощность. Пусковая мощность — величина максимальной выходной мощности, которую аккумулятор может выдавать в течение 30 секунд, при температуре минус 18 градусов С. Этот показатель характеризует способность аккумулятора запускать холодный двигатель. Резервная мощность показывает интервал времени (в минутах), в течение которого аккумулятор способен давать ток 25А (т.е. в течение какого времени он сможет подменять собой вышедший из строя генератор).

Наиболее часто осуществляют замену аккумуляторной батареи на более мощную. При выборе аккумулятора большей емкости необходимо учитывать тот факт, что значительное превышение емкости относительно штатного аккумулятора может привести к тому, что он не будет полностью заряжаться. А постоянный «недозаряд» приведет к быстрому снижению емкости. Поэтому источник энергии емкостью 75 Ач может прослужить меньше, чем родной емкостью 55 Ач. Неполный заряд аккумулятора может быть вызван слабым генератором и, дополнительно, низкими оборотами двигателя (ниже 2500 – 3000 об/мин) при движении в пробках.

Избежать этого возможно, если «дозаряжать» АКБ после каждой поездки от зарядного устройства, что очевидно не всегда удобно. Можно одновременно с аккумулятором заменить генератор на более мощный. Но лучше это делать в случае, если необходимо повысить общую мощность электросети автомобиля, о чем будет сказано ниже. А если такой необходимости нет, то заменять аккумулятор лучше на батарею, емкость которой превышает штатную не более чем на 10 Ач.

Другим направлением тюнинга данного источника энергии, продлевающим длительность его нормальной эксплуатации, является размещение аккумулятора на удалении от горячего двигателя. Проблема вызвана тем, что электролит аккумулятора при температуре 100 градусов С закипает. Даже если температура только приближается к этой отметке, срок службы батареи все равно сокращается в три-четыре раза.

Избежать перегрева АКБ от двигателя можно, если поместить его, например, в багажнике автомобиля. При этом надо позаботиться о надежном креплении аккумулятора, так как повышенная вибрация также является одной из основных причин износа батареи. Кроме того необходимо подобрать требуемую толщину провода от аккумулятора к стартеру с учетом того, что стартерный ток достигает сотен ампер. Существуют и другие решения уберечь аккумулятор от перегрева. Например, подобрать батарею с двойным корпусом, где между стенками циркулирует воздух. Однако такие аккумуляторы в массовом количестве не производятся.

Генератор

В основе работы генератора лежит эффект электромагнитной индукции -возникновение электродвижущей силы (ЭДС) в контуре, через который проходит магнитный поток. Генерируемая при этом ЭДС пропорциональна скорости изменения магнитного потока (закон электромагнитной индукции Фарадея). Т.е. если катушку, например, из медного провода, пронизывает магнитный поток, то при его изменении (изменении магнитного потока) на выводах катушки появляется переменное электрическое напряжение. И, наоборот, для образования магнитного потока достаточно пропустить через катушку электрический ток.

В генераторе автомобиля (как, в основном и в любых других генераторах), для получения переменного электрического тока используется катушка, по которой протекает постоянный (от аккумулятора или от самого генератора) электрический ток, образуя магнитный поток. Эта катушка называется обмоткой возбуждения, которая с некоторыми другими деталями (валом, контактными кольцами) образует ротор генератора, его важнейшую вращающуюся часть.

Магнитный поток пронизывает другие катушки, называемые обмоткой статора, которые помещены в пазы стальной системы (пакета железа) - магнитопровода. Эта обмотка с его магнитопроводом образует собственно статор генератора, его важнейшую неподвижную часть, в которой и образуется электрический ток.

При вращении ротора напротив катушек обмотки статора появляются попеременно "северный", и "южный" полюсы ротора, т. е. направление магнитного потока, пронизывающего катушку, меняется, что и вызывает появление в ней переменного напряжения. Частота этого напряжения f зависит от частоты вращения ротора генератора N и числа его пар полюсов р:

f=p*N/60

В основном все генераторы имеют шесть "южных" и шесть "северных" полюсов в магнитной системе ротора. В этом случае частота f в 10 раз меньше частоты вращения ротора генератора. Поскольку свое вращение ротор генератора получает от коленчатого вала двигателя, то по частоте переменного напряжения генератора можно измерять частоту вращения коленчатого вала двигателя. Для этого у генератора делается вывод обмотки статора, к которому и подключается тахометр. При этом напряжение на входе тахометра имеет пульсирующий характер, т. к. он оказывается включенным параллельно диоду силового выпрямителя генератора. С учетом передаточного числа i ременной передачи от двигателя к генератору частота сигнала на входе тахометра f_т связана с частотой вращения коленчатого вала двигателя N_дв соотношением:

f=p*N_дв(i)/60

При числе пар полюсов равному шести (р=6, в большинстве случаев) приведенное выше соотношение упрощается f_т = N_дв (i)/10.

Бортовая сеть автомобиля требует подведения к ней постоянного напряжения, а на выходе обмотки статора напряжение переменное. Поэтому обмотка статора питает бортовую сеть автомобиля через выпрямитель, встроенный в генератор.

Обмотка статора генератора состоит из трех частей, называемых обмотками фаз или просто фазами, напряжение и токи в которых смещены друг относительно друга на треть периода, т. е. на 120 электрических градусов, как это показано на рис. 4.1. Фазы могут соединяться в "звезду" или "треугольник". При этом различают фазные и линейные напряжения и токи. Фазные напряжения U_ф действуют между концами обмоток фаз, а токи I_ф протекают в этих обмотках. Линейные же напряжения U_л действуют между проводами, соединяющими обмотку статора с выпрямителем. В этих проводах протекают линейные токи I_л. Естественно, выпрямитель выпрямляет те величины, которые к нему подводятся, т. е. линейные.

Такая система построения генератора позволяет осуществлять его тюнинг (в первую очередь повышение его мощности) двумя методами. Во-первых, изменять схему соединения обмоток статора (в "звезду" или "треугольник") и, при необходимости, увеличивать число витков фазных обмоток. Во-вторых, увеличивать количество полупроводниковых диодов в выпрямителе генератора.

Первый метод. При соединении в "треугольник" фазные токи (на величину √3) меньше линейных, в то время как у "звезды" линейные и фазные токи равны. Это значит, что при том же отдаваемом генератором токе, ток в обмотках фаз, при соединении в "треугольник", значительно меньше, чем у "звезды". Поэтому в генераторах с целью повышения мощности применяют соединение в "треугольник", т. к. при меньших токах обмотки можно наматывать более тонким проводом, что технологичнее. Однако линейные напряжения у "звезды" больше фазного(также на величину √3), в то время как у "треугольника" они равны и для получения такого же выходного напряжения, при тех же частотах вращения "треугольник" требует соответствующего увеличения числа витков его фаз по сравнению со "звездой".

Более тонкий провод можно применять и при соединении типа "звезда". В этом случае обмотку выполняют из двух параллельных обмоток, каждая из которых соединена в "звезду", т. е. получается "двойная звезда".

Второй метод. Выпрямитель для трехфазной системы содержит шесть силовых полупроводниковых диодов, три из которых: VD1, VD3 и VD5 соединены с выводом "плюс" генератора, а другие три: VD2, VD4 и VD6 с выводом "минус" ("массой"). При необходимости форсирования мощности генератора применяется дополнительное плечо выпрямителя на диодах VD7, VD8, показанное на рис.4.1. пунктиром. Такая схема выпрямителя может иметь место только при соединении обмоток статора в "звезду", т. к. дополнительное плечо запитывается от "нулевой" точки "звезды".

У многих генераторов обмотка возбуждения подключается к собственному выпрямителю, собранному на диодах VD9—VD11.Такое подключение обмотки возбуждения препятствует протеканию через нее тока разряда аккумуляторной батареи при неработающем двигателе автомобиля.

Полупроводниковые диоды находятся в открытом состоянии и не оказывают существенного сопротивления прохождению тока при приложении к ним напряжения в прямом направлении и практически не пропускают ток при обратном напряжении. По графику фазных напряжений (см. рис.1) можно определить, какие диоды открыты, а какие закрыты в данный момент. Фазные напряжения U_ф1 действует в обмотке первой фазы, U_ф2 - второй, U_ф3 - третьей. Эти напряжения изменяются по кривым, близким к синусоиде и в одни моменты времени они положительны, в другие отрицательны. Если положительное направление напряжения в фазе принять по стрелке, направленной к нулевой точке обмотки статора, а отрицательное от нее то, например, для момента времени t₁, когда напряжение второй фазы отсутствует, первой фазы - положительно, а третьей - отрицательно. Направление напряжений фаз соответствует стрелкам, показанным на рис. 1. Ток через обмотки, диоды и нагрузку будет протекать в направлении этих стрелок. При этом открыты диоды VD1 и VD4. Рассмотрев любые другие моменты времени легко убедиться, что в трехфазной системе напряжения, возникающего в обмотках фаз генератора, диоды силового выпрямителя переходят из открытого состояния в закрытое и обратно таким образом, что ток в нагрузке имеет только одно направление - от вывода "+" генераторной установки к ее выводу "—" ("массе"), т. е. в нагрузке протекает постоянный (выпрямленный) ток.

Диоды выпрямителя обмотки возбуждения работают аналогично, питая выпрямленным током эту обмотку. Причем в выпрямитель обмотки возбуждения тоже входят 6 диодов, но три из них VD2, VD4, VD6 общие с силовым выпрямителем. Так в момент времени t₁ открыты диоды VD4 и VD9, через которые выпрямленный ток и поступает в обмотку возбуждения. Этот ток значительно меньше, чем ток, отдаваемый генератором в нагрузку. Поэтому в качестве диодов VD9—VD11 применяются малогабаритные слаботочные диоды на ток не более 2А (для сравнения, диоды силового выпрямителя допускают протекание токов силой до 25...35А).

Остается рассмотреть принцип работы плеча выпрямителя, содержащего диоды VD7 и VD8. Если бы фазные напряжения изменялись чисто по синусоиде, эти диоды вообще не участвовали бы в процессе преобразования переменного тока в постоянный. Однако в реальных генераторах форма фазных напряжений отличается от синусоиды. Она представляет собой сумму синусоид, которые называются гармоническими составляющими или гармониками. Частота первой гармоники совпадает с частотой фазного напряжения, частоты высших гармоник соответственно выше.

Представление реальной формы фазного напряжения в виде суммы двух гармоник (первой и третьей) показано на рис.4.2.

Из электротехники известно, что в линейном напряжении, т. е. в том напряжении, которое подводится к выпрямителю и выпрямляется, третья гармоника отсутствует. Это объясняется тем, что третьи гармоники всех фазных напряжений совпадают по фазе, т. е. одновременно достигают одинаковых значений и при этом взаимно уравновешивают и взаимоуничтожают друг друга в линейном напряжении. Таким образом, третья гармоника в фазном напряжении присутствует, а в линейном - нет. Следовательно, мощность, развиваемая третьей гармоникой фазного напряжения, не может быть использована потребителями. Чтобы использовать эту мощность, добавлены диоды VD7 и VD8, подсоединенные к нулевой точке обмоток фаз, т. е. к точке, где сказывается действие фазного напряжения. Таким образом, эти диоды выпрямляют только напряжение третьей гармоники фазного напряжения. Применение этих диодов увеличивает мощность генератора на 5...15% при частоте вращения более 3000 мин-1.

Выпрямленное напряжение, как это показано на рис.4.1, носит пульсирующий характер. Эти пульсации можно использовать для диагностики выпрямителя. Если пульсации идентичны — выпрямитель работает нормально, если же картинка на экране осциллографа имеет нарушение симметрии — возможен отказ диода. Проверку эту следует производить при отключенной аккумуляторной батарее. Следует обратить внимание на то, что под термином "выпрямительный диод", не всегда скрывается привычная конструкция, имеющая корпус, выводы и т. д. иногда это просто полупроводниковый кремниевый переход, загерметизированный на теплоотводе.

Применение в регуляторе напряжения электроники и особенно, микроэлектроники, т. е. применение полевых транзисторов или выполнение всей схемы регулятора напряжения на монокристалле кремния, потребовало введения в генераторную установку элементов защиты ее от всплесков высокого напряжения, возникающих, например, при внезапном отключении аккумуляторной батареи, сбросе нагрузки. Такая защита обеспечивается тем, что диоды силового моста заменены стабилитронами. Отличие стабилитрона от выпрямительного диода состоит в том, что при воздействии на него напряжения в обратном направлении он не пропускает ток лишь до определенной величины этого напряжения, называемого напряжением стабилизации. Обычно в силовых стабилитронах напряжение стабилизации составляет 25... 30 В. При достижении этого напряжения стабилитроны "пробиваются ", т. е. начинают пропускать ток в обратном направлении, причем в определенных пределах изменения силы этого тока напряжение на стабилитроне, а, следовательно, и на выводе "+ " генератора остается неизменным, не достигающем опасных для электронных узлов значений. Свойство стабилитрона поддерживать на своих выводах постоянство напряжения после "пробоя "используется и в регуляторах напряжения.

Тюнинг потребителей электроэнергии.

К потребителям электроэнергии можно отнести все электрические и электронные устройства автомобиля. Это: световые приборы, приборы контроля, отопления и вентиляции, звуковая и световая сигнализация, система зажигания, электронные приборы и устройства, обеспечивающие комфортные условия для водителя и пассажиров, различные электроприводы, электронные устройства, обеспечивающие работу систем и агрегатов автомобиля и пр.

Одной из основных электронных систем автомобиля, которая наиболее часто подвергаются тюнингу, является система зажигания.

Тюнинг системы зажигания предполагает установку бесконтактной или микропроцессорной системы зажигания, модернизацию системы зажигания путем замены или настройки отдельных ее элементов: катушки (катушек) зажигания, устройства управления накоплением и распределением энергии (датчиков, коммутатора, микропроцессорного блока управления), высоковольтных проводов, свечей и пр.

Основными типами зажигания в настоящее время являются: контактное, контактно-транзисторное, бесконтактное (электронное), микропроцессорное. Существуют также некоторые другие, не получившие широкого применения типы зажигания, например, бесконтактное с оптическим датчиком, «Михайловское зажигание» и множество приставок типа «Пульсар», «Искра». В каждом зажигании есть свои достоинства и недостатки.

Контактная система зажигания (КСЗ). Преимуществами этой системы является предельная простота и надежность. Внезапный отказ маловероятен, ремонт даже в полевых условиях не сложен и займет немного времени.

Основных недостатков у этой системы три. Первое - ток подается на первичную обмотку катушки зажигания через контактную группу. Что накладывает существенное ограничение на величину напряжения на вторичной обмотке катушки(до 1.5 кВ), а значит сильно ограничивает энергию искры. Вторым недостатком является высокая потребность в обслуживании этой системы. Т.е. необходимо периодически следить за зазором и состоянием контактной группы. Контакты надо периодически очищать, поскольку они в процессе эксплуатации подгорают. Вал трамблера необходимо после каждых 10 тыс. км. пробега смазывать, капая масло в специальную масленку. Также необходимо смазывать кулачек распределителя посредством смачивания маслом ветрового фальца. Третьим недостатком является низкая эффективность этой системы при высоких оборотах двигателя связанная с т.н. дребезгом контактной группы (Рис. 4.3.)

Модернизация этой системы возможна. Заключается она в замене элементов этой системы на более качественные и надежные. Заменить можно крышку трамблера, бегунок, контактную группу, катушку.

Кроме того систему можно модернизировать посредством использования блока зажигания типа "Пульсар". Однако блоки управления зажиганием "Пульсар" и другие имеют не только преимущества, но и недостатки. Но один из недостатков КСЗ устраняется, поскольку ток для формирования высоковольтного напряжения подается на первичную обмотку катушки зажигания через мощные полупроводниковые силовые цепи "Пульсара", а не через контактную группу. Что позволяет существенно поднять мощность искры. При этом контактная группа не подгорает.

Бесконтактная система зажигания (БСЗ, БКСЗ). Основных преимуществ у этой системы перед КСЗ три.

Первое - ток подается на первичную обмотку катушки зажигания через полупроводниковый коммутатор, что позволяет обеспечить значительно большую энергию искры за счет возможности получения большего напряжения на вторичной обмотке катушки зажигания (до 10 кВ).

Второе - электромагнитный формирователь импульсов, функционально заменяющий контактную группу, реализованный с помощью датчика Холла, обеспечивает по сравнению с контактной системой существенно лучшую форму импульсов и их стабильность, причем во всем диапазоне оборотов двигателя. В результате двигатель, оснащенный БСЗ имеет лучшие мощностные характеристики и лучшую топливную экономичность.

Третьим преимуществом этой системы является гораздо более низкая по сравнению с КСЗ потребность в обслуживании. Все обслуживание системы сводится лишь в смазывании вала трамблера после каждых 10 тыс. км. пробега.

Общая схема бесконтактной системы зажигания представлена на рис.4.4.

Основным недостатком этой системы является ее низкая надежность в основном из-за коммутатора. Коммутаторы (рис.4.5), которыми первоначально комплектовались эти системы, часто выходили из строя после нескольких тысяч пробега.

Модернизация бесконтактной системы зажигания заключается в замене элементов на более качественные и надежные. Заменить можно сам коммутатор, крышку трамблера, бегунок, датчик Холла, катушку.

Кроме того систему можно модернизировать посредством использования блока зажигания типа "Пульсар" или "Октан" для БСЗ.

Очень важным недостатком обоих вышерассмотренных систем(КСЗ и БСЗ) является то, что обе эти системы не оптимально устанавливают угол опережения зажигания. Начальный уровень опережения зажигания устанавливается вращением трамблера. После этого трамблер жестко фиксируется, а угол соответствует лишь составу рабочей смеси на момент установки этого угла. При изменении параметров топлива, при изменении параметров воздуха, например температуры и давления, результирующие параметры рабочей смеси могут меняться, причем существенно. В результате начальный уровень установки зажигания уже не будет соответствовать параметрам этой смеси.

В процессе работы двигателя, для обеспечения оптимального сгорания рабочей смеси, требуется коррекция угла опережения зажигания. Автоматические регуляторы угла опережения зажигания в этих системах, вакуумный и центробежный, достаточно грубые и примитивные устройства, не отличающиеся стабильностью работы. Оптимальная настройка этих устройств не простая задача. Еще одним существенным недостатком КСЗ и БСЗ является наличие электромеханического высоковольтного распределителя (бегунок-крышка трамблера), реализованного с помощью контактного уголька скользящего по вращающейся разностной пластине. Это накладывает дополнительное ограничение на величину высоковольтного напряжения на свечах зажигания, причем это особенно актуально для БСЗ.

Микропроцессорная система управления зажиганием.

Многие недостатки присущие КСЗ и БСЗ отсутствуют в микропроцессорной системе (рис. 4.6) управления зажиганием (двигателем) (МПСЗ, МСУД).

Существенными преимуществами МПСЗ является то, что она обеспечивает, или точнее должна обеспечивать, достаточно оптимальное управление зажиганием в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, давления в впускном трубопроводе, температуры двигателя, положения дроссельной заслонки карбюратора. В системе отсутствует механический распределитель, поэтому она может иметь обеспечить очень высокую энергию искры.

Недостатками этой системы является пока еще недостаточная надежность. В случае отказа очень вызывает затруднения самостоятельная диагностика и ремонт. Особенно в полевых условиях.

Модернизация с целью оптимизации этой системы осуществляется подбором программного обеспечения (прошивок) под свой двигатель.

Дата добавления: 2014-01-04