ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Самые первые автомобили не имели источников электрического тока. Для получения искры в системе зажигания использовали магнето, которые не нуждаются во внешнем источнике энергии. В качестве осветительных приборов использовались ацетиленовые фонари. Двига­ тель пускали вручную с помощью заводной рукояти. Со временем на автомобили стали уста­ навливать аккумуляторные батареи, которые использовались как источники электрического тока для освещения, пуска двигателя с помощью стартера, привода стеклоочистителей и дру­ гих электропотребителей и, наконец, для работы всех систем автомобиля при неработаю­ щем двигателе или при малой частоте его вращения.

В качестве автомобильных аккумулятор­ ных батарей в основном применяются свин- цово-кислотные аккумуляторные батареи, собранные из отдельных аккумуляторов- секций (рис. 2.120).

Свинцово-кислотные аккумуляторные батареи тяжелые и не самые эффективные из существующих на сегодняшний день, но они относительно дешевы и способны в те­ чение короткого времени отдавать ток в не­ сколько сотен ампер, необходимый для питания электрического стартера. Свинцово- кислотный аккумулятор состоит из свинцо­ вых электродов, погруженных в емкость с раствором серной кислоты (электроли­ том). В результате взаимодействия элект­ родов с электролитом на них возникает разность потенциалов. Отдельный аккуму­ лятор имеет напряжение около 2 В. Для то-

Рис. 2.120. Аккумуляторная батареяго чтобы получить напряжение, необходи­

м о

Рис. 2.121. Генератор переменного тока

мое для питания электрической сети автомобиля, аккумуляторы соединяют последова­ тельно и собирают в аккумуляторную батарею. Напряжение бортовой сети легковых авто­ мобилей составляет 12 В. Для получения этого напряжения соединяют последовательно шесть отдельных аккумуляторов. На некоторых грузовых автомобилях с дизельным двига­ телем в бортовой электрической сети используют напряжение 24 В. Для пуска дизелей требуется более высокое напряжение, которое необходимо для работы более мощного стартера. На таких автомобилях используют две соединенные последовательно аккумуля­ торные батареи с напряжением 12 В.

При разряде аккумуляторной батареи плотность электролита падает. При зарядке акку­ муляторной батареи к ее выводам подводится электрический ток. Батарея заряжается, а плотность электролита повышается.

Для зарядки аккумуляторов и питания всех потребителей тока при движении потребова­ лись генераторы электрического тока. Сначала применялись генераторы постоянного тока, а после появления надежных полупроводниковых выпрямителей они были вытеснены более эффективными генераторами переменного тока (рис. 2.121).

Генераторы переменного тока мощнее, обеспечивают возможность зарядки аккумулято­ ра при малых оборотах двигателя, но требуется специальный выпрямитель, чтобы преобра­ зовать переменный ток в постоянный. Для поддержания постоянной величины напряжения (примерно 14 В) независимо от оборотов двигателя используются регуляторы напряжения. Современные электронные регуляторы имеют небольшие размеры и, как правило, устанав­ ливаются непосредственно на генераторе.

В автомобилях используется однопроводная схема электрооборудования. Вторым прово­ дом («масса») служит металлический кузов автомобиля. На большинстве автомобилей с «мас­ сой» соединяется отрицательный полюс источников тока.

Рис. 2.122. Генератор с жидкостным охлаж дением

По мере совершенствования кон­ струкции автомобиля появляется все больше потребителей электрического тока, а также много новых электронных систем, сервоприводов с электродвига­ телями и т. д. Разрабатываются электри­ ческие усилители рулевого управления, тормозные механизмы с электроприво­ дом и др.

Мощности применяемых сегодня гене­ раторов переменного тока, питающих электрооборудование автомобиля напря­ жением 14 В, которое требуется для зарядки 12-вольтовых аккумуляторных батарей, становится недостаточно. По­ требная мощность источника электриче­ ского тока на современных автомобилях доходит до 2 кВт. Существующие генерато­ ры с трудом справляются с возросшей нагрузкой. Компания BMW разработала генератор с жидкостным охлаждением, включенным в систему охлаждения двига­ теля (рис. 2.122).

Перспективный путь состоит в том, что­ бы поднять выходную мощность генератора переменного тока как минимум до 5 кВт.

На сегодняшний день является практически решенным вопрос о переходе на электрообо­ рудование автомобиля с напряжением 36 вместо 12 В, а генераторы переменного тока бу­ дут работать с напряжением 42 вместо 14 В. Практически это максимально высокое на­ пряжение, которое можно использовать без дополнительных мер безопасности.

Рис. 2.123. Разрез стартера

Перевод электрических систем на 36 В требует применения специальных аккумуля­ торных батарей. Это сделать не так трудно, т. к. все батареи, вне зависимости от их напря­ жения, состоят из соответствующего числа от­ дельных аккумуляторов. Кроме того, разраба­ тываются более эффективные аккумуляторы и батареи на топливных элементах (см. гл. 8).

Сейчас пуск двигателей производится с по­ мощью электрических стартеров (рис. 2.123), которые используют напряжение 12 или 24 В. Основу таких стартеров составляет электро­ двигатель постоянного тока с электромаг­ нитным дистанционным включением. Они питаются от аккумуляторной батареи. Стар­ тер приводит во вращение маховик двигате­ ля через зубчатую передачу.

Переход к более высокому напряжению Рис. 2.124. Стартер-генератор на махови-

дает возможность использовать стартеры-ге- ке двигателя

нераторы (рис. 2.124), встроенные в маховик

двигателя. С помощью таких устройств не только легко проворачивается коленчатый вал ДВС при пуске, что дает возможность глушить двигатель при каждой остановке и пускать его при троганье, но и использовать его при интенсивном разгоне совместно с основным двигателем (см. гл. 8).

Использование напряжения 36 В также выгодно для электропроводки. Более высокое на­ пряжение означает, что та же самая мощность может быть передана по более тонким проводам. В большинстве современных автомобилей электропроводка стала очень сложной и дорогой. К каждому из многочисленных электрических устройств автомобиля должны быть подведены как силовые, так и управляющие провода. Последние с помощью выключателей и реле замы­ кают или размыкают соответствующие цепи. Число управляющих проводников может быть очень большим. Сегодня большинство производителей автомобилей начинают использовать другой подход при конструировании электропроводки. Силовые кабели остаются, а управляю­ щие заменяются мультиплексными линиями (рис. 2.125). Управляющие сигналы для различных устройств могут передаваться по высокоскоростным шинам с использованием кодированных сигналов. При таком подходе электропроводка значительно упрощается и появляется возмож­ ность простого диагностирования неисправностей систем автомобиля с помощью компьютера.

Автомобиля

Г Л А В А

Трансмиссия автомо­ биля выполняет две функции: она передает крутящий момент от дви­ гателя ведущим коле­ сам автомобиля, а так­ же изменяет его вели­ чину и направление.

При передаче крутящего момента трансмиссия, кроме того, перерас­ пределяет его между отдельными колесами.

Трансмиссия

§19

НАЗНАЧЕНИЕ

Двигатели внутреннего сгорания, являющиеся на сегодняшний день основным источником энергии для автомобилей, имеют максимальные значения крутящего момента и мощности при разных значениях частоты вращения коленчатого вала двигателя. Для того чтобы ис­ пользовать соответствующие обороты двигателя при различных скоростях движения авто­ мобиля, необходимо иметь возможность изменять передаточное число трансмиссии. Общее передаточное число трансмиссии в любой момент времени можно определить отношением частоты вращения коленчатого вала двигателя к частоте вращения ведущих колес.

Крутящий момент, передающийся на ведущее колесо, определяет тяговое усилие, дейст­ вующее в контакте колеса с дорогой. Это усилие определяется делением величины крутяще­ го момента на радиус колеса. Для движения автомобиля необходимо, чтобы тяговое усилие было больше суммы сил сопротивления движению (силы сопротивления качению, силы сопротивления подъему, силы инерции, аэродинамического сопротивления). Сумма сил сопротивления движению изменяется в широких пределах в зависимости от условий движе­ ния, поэтому трансмиссия автомобиля должна обеспечивать возможность изменения тяго­ вого усилия путем изменения в широком диапазоне крутящего момента. Максимальное тяговое усилие ограничивается не возможностями двигателя и трансмиссии, а сцеплением колес с дорогой. Это усилие не должно превышать силу сцепления, иначе ведущие колеса будут проскальзывать и автомобиль не сможет двигаться. Силу сцепления можно опреде­ лить, умножив часть массы автомобиля, приходящегося на одно колесо, на коэффициент сцепления — ф. Коэффициент сцепления зависит от состояния дорожного покрытия, качества и состояния шин и находится в пределах от 0,1 до 0,9.

Наибольшее суммарное тяговое усилие может быть реализовано, если все колеса авто­ мобиля будут ведущими. Тем не менее для движения автомобиля по дорогам с твердым покрытием достаточно двух ведущих колес на одной оси. Увеличение числа ведущих колес

приводит к усложнению трансмиссии и увеличению механических потерь, поэтому конструк­ торам автомобилей приходится применять компромиссные решения в зависимости от на­ значения автомобиля.

Выбор типа привода ведущих колес и компоновки автомобиля определяют возможность в наибольшей степени реализовать те или иные его свойства. Особенности привода оказы­ вают влияние на топливную экономичность, безопасность, массу и компактность автомобиля, а также на показатели устойчивости, управляемости и тормозной динамики. Виды компоно­ вок автомобиля, их преимущества и недостатки, а также типы трансмиссий были рассмотрены в гл. 1, а в этой главе будут рассмотрены особенности конструкций различных трансмиссий автомобилей.

§20