Wyposażenie elektryczne samochodu obejmuje źródła i odbiorniki prądu elektrycznego. System jednoprzewodowy służy do łączenia źródeł prądu i odbiorników. Drugi drut to masa samochodu (jego metalowe części), z którym połączone są bieguny ujemne urządzeń elektrycznych. Urządzenia elektryczne zasilane są prądem stałym o napięciu 12 V.
Uproszczony schemat ogólnego obwodu elektrycznego instalacji elektrycznej i podłączenia urządzeń bez uwzględnienia ich faktycznego umiejscowienia w pojeździe pokazano na rys. 16.
Ryż. 16. Schemat ideowy wyposażenia elektrycznego:
1 - bateria; 2 - rozrusznik; 3 - urządzenia układu zapłonowego; 4 - urządzenia systemu oświetleniowego; 5 - urządzenia systemu alarmowego; 6 - kontrolować urządzenia elektryczne; 7 - wyposażenie dodatkowe, 8 - generator; 9 - regulator napięcia; 10 - amperomierz.
Bieżące źródła
Źródłami prądu w samochodzie są generator i akumulator. Regulator napięcia jest podłączony do źródeł prądu.
Generator przetwarza energię mechaniczną otrzymaną z silnika na energię elektryczną. Generator dostarcza prąd elektryczny wszystkim odbiorcom podczas pracy silnika. Samochodem «Niva» zainstalowany alternator G-221 (Ryż. 17). Głównymi częściami generatora są stojan 12 ze stałym uzwojeniem, w którym indukowany jest prąd przemienny oraz wirnik 11, który wytwarza ruchome pole magnetyczne. Wirnik generatora osadzony jest w dwóch łożyskach kulkowych. Jest napędzany przez koło pasowe alternatora za pomocą paska klinowego z wału korbowego silnika.
Ryż. 17. Generator G-221:
1 - pokrywa tylna: 2 - zespół prostownika; 3 - osłona ochronna; 4 - przedłużenie sworznia kontaktowego; 5 - śruba kontaktowa; 6 - przewody; 7 - uchwyt na szczotki ze szczotkami; 8 - koło pasowe z wentylatorem; 9 - łożysko kulkowe; 10 - przednia okładka; 11 - wirnik; 12 - stojan; 13 - tuleja zderzaka; 14 - tuleja; 15 - tuleja zaciskowa; 16 - śruba sprzęgająca.
Generator posiada zespół prostownika 2, który przetwarza prąd przemienny na prąd stały. Generator jest chłodzony przez wentylator koła pasowego generatora.
Akumulator przekształca energię chemiczną w energię elektryczną. Akumulator dostarcza odbiorcom prąd elektryczny, gdy silnik nie pracuje. W samochodzie jest zainstalowany akumulator 6ST-55P. Akumulator kwasowo-ołowiowy, rozrusznik, napięcie 12 V, pojemność 55 Ah.
Pojemnik na baterie wykonany jest z tworzywa kwasoodpornego i podzielony jest przegrodami na sześć sekcji. Każda sekcja posiada osobny element, składający się z płyt dodatnich i ujemnych oraz przekładek (separatory) między nimi. Elementy mają napięcie 2 V i są połączone ze sobą szeregowo mostkami. Pojemnik na baterie zamykany jest plastikową osłoną wspólną dla wszystkich elementów. Pokrywa jest zgrzewana wzdłuż obwodu do zewnętrznych ścianek obudowy. Połączenia pokrywy z przegrodami korpusu są uszczelnione podczas montażu szczeliwem, co eliminuje przelewanie się elektrolitu z jednej sekcji do drugiej. Dla każdej sekcji w pokrywie znajduje się gwintowany otwór z korkiem do napełniania i monitorowania poziomu elektrolitu. Korki posiadają otwory do połączenia komory wewnętrznej akumulatora z atmosferą.
Akumulator ma dwa zaciski; pozytywny i negatywny.
Regulator napięcia utrzymuje stałe napięcie generowane przez generator przy zmiennej prędkości obrotowej wału korbowego silnika. W samochodzie zastosowano regulator napięcia PP-380. Jest to dwustopniowy regulator drgań elektromagnetycznych.
Gdy napięcie generatora wzrośnie do 13-14 V, w obwodzie uzwojenia wzbudzenia zawarta jest dodatkowa rezystancja. Jest to pierwszy etap regulacji napięcia generatora. Gdy napięcie wzrośnie powyżej 14 V, uzwojenie wzbudzenia generatora zamyka się do masy. Jest to drugi stopień regulacji napięcia. W rezultacie napięcie generatora jest regulowane w określonych granicach.
Obecni konsumenci
Obecnymi odbiornikami w samochodzie są rozrusznik, układ zapłonowy, układ oświetlenia (na zewnątrz i wewnątrz), system alarmowy (dźwięk i światło), sterować urządzeniami elektrycznymi i wyposażeniem dodatkowym.
Rozrusznik obraca wał korbowy z wymaganą częstotliwością, aby uruchomić silnik.
Rozrusznik ST-221 jest zainstalowany w samochodzie (Ryż. 18). Rozrusznik jest czterobiegunowym, czteroszczotkowym silnikiem prądu stałego o wzbudzeniu mieszanym z elektromagnetycznym załączaniem przekładni napędowej i zdalnym sterowaniem.
Ryż. 18. Rozrusznik ST-221:
1— przekładnia napędowa; 2 - wolnobieg; 3 - pierścień napędowy; 4 - gumowa zatyczka; 5 - dźwignia jazdy; 6 - przednia okładka; 7 - przekaźnik trakcyjny; c - tylna okładka; 9 - kotwica; 10 - tuleja; 11 - kręte sto gór; 12 - biegun stojana; 13 - ciało.
W obudowie 13 rozrusznika znajdują się cztery bieguny 12. Dwa z nich mają uzwojenia wzbudzenia połączone szeregowo z uzwojeniem twornika 9, a dwa równolegle. Wał twornika rozrusznika jest zainstalowany w dwóch tulejach 10y umieszczonych w pokrywach € i 8. Na przednim końcu wału twornika zainstalowany jest napęd rozrusznika, składający się z jednokierunkowego sprzęgła rolkowego 2 i koła zębatego napędowego 1, które może poruszać się wzdłuż wielowypustów wału. Sprzęgło jednokierunkowe przenosi obroty z wałka twornika rozrusznika na koło zamachowe podczas uruchamiania silnika i zapobiega przeniesieniu obrotów z koła zamachowego na twornik rozrusznika po uruchomieniu silnika. Przekaźnik trakcji 7 jest zainstalowany na przedniej pokrywie rozrusznika 6. Po uruchomieniu silnika przekaźnik zapewnia, że bieg 1 napędu jest włączony z koroną koła zamachowego, a obwód elektryczny uzwojeń rozrusznika jest podłączony do akumulatora. Na tylnej pokrywie 8 rozrusznika zamocowane są uchwyty szczotek z czterema szczotkami, które są dociskane do kolektora twornika za pomocą sprężyn.
Gdy rozrusznik pracuje, prąd przepływa przez jego uzwojenia. Wokół biegunów powstaje silne wzbudzające pole magnetyczne. Pole to oddziałuje z polem magnetycznym uzwojenia twornika i powoduje obrót twornika, który jest przenoszony przez napęd rozrusznika na koło zamachowe.
Sytem zapłonu służy do zapalenia mieszanki roboczej w cylindrach zgodnie z kolejnością i trybem pracy silnika.
W skład układu zapłonowego wchodzą: cewka zapłonowa, rozdzielacz zapłonu zawierający wyłącznik prądu niskiego napięcia i rozdzielacz prądu wysokiego napięcia, świece zapłonowe oraz wyłącznik zapłonu.
Schemat ideowy układu zapłonowego silnika samochodowego «Niva» VAZ-2121 pokazano na ryc. 19.
Ryż. 19. Schemat ideowy układu zapłonowego:
1 - kontakt; 2 - wirnik; 3 - rozdzielacz prądu wysokiego napięcia; 4 - krzywka; 5 - stały kontakt; 6 - ruchomy kontakt; 7 - kondensator; 8 - przerywacz prądu niskiego napięcia;, 9 - uzwojenie wtórne; 10 - uzwojenie pierwotne; 11 - cewka zapłonowa; 12 - dodatkowy opór; 13 - wyłącznik zapłonu; 14 - tłumiący opór; 15 - świeca zapłonowa.
Schemat układu zapłonowego obejmuje: dwa obwody elektryczne - obwód niskiego napięcia (podstawowy) i obwód wysokiego napięcia (wtórny). Obwód pierwotny obejmuje: stacyjkę 13, dodatkową rezystancję 12, uzwojenie pierwotne 10 cewki zapłonowej, wyłącznik 8 obwodu niskiego napięcia: napięcie i kondensator 7. Obwód wtórny obejmuje: uzwojenie wtórne 9 cewki zapłonowej, rozdzielacz prądu wysokiego napięcia 3 i świece zapłonowe 15.
Przy włączonym zapłonie i zamkniętych zaciskach 5 i 6 wyłącznika niskiego napięcia obwód niskiego napięcia przenosi prąd z akumulatora lub alternatora. Przechodząc przez uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej, prąd wytwarza silne pole magnetyczne. Podczas otwierania styków wyłącznika 8 (krzywka 4 biegnie z półką na dźwigni ze stykiem 6) prąd w obwodzie niskiego napięcia zostaje przerwany, a generowane pole magnetyczne zanika. W tym przypadku pole magnetyczne przechodzi przez uzwojenie wtórne cewki zapłonowej i indukuje w nim prąd o wysokim napięciu. Prąd wysokiego napięcia jest doprowadzany do wirnika 2 rozdzielacza zapłonu, który obraca się razem z krzywką 4. W momencie rozwarcia styków wyłącznika prąd wysokiego napięcia płynie do jednego ze styków 1 rozdzielacza zapłonu, który są podłączone do świec zapłonowych 15. Wyładowanie iskrowe między elektrodami świecy następuje w tym cylindrze silnika, w którym w tym momencie kończy się sprężanie mieszanki roboczej, czyli w kolejności odpowiadającej kolejności pracy silnika (1-3-4-2).
Cewka zapłonowa przekształca niskie napięcie (12 V) w prąd o wysokim napięciu, które może osiągnąć 16-20 kV.
Cewka zapłonowa B-117A jest używana w samochodzie. Na rdzeniu cewki zapłonowej, składającym się z cienkich blach ze stali elektrotechnicznej, nawinięte jest uzwojenie wtórne, które ma dużą liczbę zwojów (~21000) drut w izolacji miedzianej o średnicy ~0,07 mm. Uzwojenie pierwotne zawiera ~308 zwojów izolowanego drutu miedzianego o średnicy ~0,57 mm. Wewnętrzna komora obudowy jest wypełniona olejem transformatorowym, który poprawia chłodzenie i izolację uzwojeń! cewki zapłonowe. W osłonie cewki znajdują się zaciski uzwojenia pierwotnego i wtórnego. Na zewnątrz korpusu cewki znajduje się dodatkowa rezystancja włączona szeregowo z uzwojeniem pierwotnym i automatycznie dostosowująca prąd w uzwojeniu w zależności od prędkości obrotowej wału korbowego silnika.
Rozdzielacz zapłonu zamyka i otwiera dopływ prądu niskiego napięcia oraz rozprowadza prąd wysokiego napięcia do cylindrów silnika.
W samochodzie zastosowano rozdzielacz zapłonu R125-B (Ryż. 20). Rozdzielacz zapłonu składa się z wyłącznika i rozdzielacza zainstalowanych w jednej wspólnej obudowie. W obudowie 3 rozdzielacza zamontowany jest również wał 1 napędu krzywki wyłącznika, wirnik rozdzielacza 14 oraz regulator odśrodkowy, który automatycznie zmienia kąt wyprzedzenia zapłonu w zależności od prędkości obrotowej wału korbowego silnika. Gdy wał 1 obraca się, krzywka 8 otwiera styki 7 wyłącznika. Wraz z wałem obraca się wirnik 14 i regulator odśrodkowy 20, których ciężary, pokonując siłę sprężyn 21, rozchodzą się pod działaniem sił odśrodkowych. Obciążniki regulatora odśrodkowego są połączone z krzywką rozdrabniacza i wraz ze wzrostem prędkości wału obracają krzywkę względem wału, zmieniając kąt wyprzedzenia zapłonu. W zależności od liczby oktanowej stosowanego paliwa, kąt wyprzedzenia zapłonu jest zmieniany ręcznie za pomocą mimośrodowego 9-oktanowego korektora połączonego prętem z ruchomą płytką 24, na której osadzone są styki 7 przerywacza.
Ryż. 20 Rozdzielacz zapłonu R-125B:
1 - wał; 2 - odrzutnik oleju: 3 - korpus; 4 - przewód niskiego napięcia; 5 - płyta łamacza stała; 6 - olejarka; 7 - styki przerywacza; 8 - krzywka; 9 - ekscentryczny korektor oktanowy; 10 - filtr krzywkowy; 11 - tarcza napędu krzywki; 12 - waga regulatora odśrodkowego; 13 - zatrzask; 14 - wirnik; 15 - okładka; 16 - elektroda osłonowa; 17 - elektroda środkowa; 18 - kontakt węglowy; 19 - elektroda wirnika; 20 - regulator odśrodkowy; 21 - sprężyna obciążnikowa; 22 - dźwignia wyłącznika; 23 - stały uchwyt styku; 24 - płyta łamacza ruchomego; 25 - tuleja wału; 26 - kondensator.
Pokrywa 15 rozdzielacza zapłonu ma cztery elektrody boczne 16 i elektrodę środkową 17. Elektrody boczne są połączone przewodami wysokiego napięcia ze świecami zapłonowymi, a elektroda środkowa jest połączona z cewką zapłonową. Prąd wysokiego napięcia przez elektrodę środkową jest dostarczany do płytki rozprowadzającej prąd obracającego się wirnika 14 i przez nią do elektrod bocznych zgodnie z kolejnością pracy silnika.
Świeca zapłonowa zapewnia iskrę elektryczną w cylindrze silnika. Świece zapłonowe A17DV są stosowane w układzie zapłonowym silnika samochodowego. Świeca (Ryż. 21) nierozłączne. W metalowej obudowie 4 zrolowany jest rdzeń, który jest izolatorem ceramicznym 2, wewnątrz którego umieszczony jest drążek stykowy 1 oraz elektroda środkowa 6. Korpus świecy posiada gwint zewnętrzny 5, za pomocą którego mocowana jest świeca do cylindra głowa. Do korpusu przymocowana jest elektroda boczna 7. Końcówka łącząca świecę zapłonową z przewodem wysokiego napięcia ma rezystancję tłumiącą, która zmniejsza zakłócenia radiowe wytwarzane przez układ zapłonowy.
Ryż. 21. Świeca zapłonowa A17DV:
1 - drążek kontaktowy; 2 - izolator; 3 - radełkowanie; 4 - ciało; 5 - wątek; 6 - elektroda środkowa; 7 - elektroda boczna; 8 - uszczelka; 9 - podkładka; 10 - uszczelniacz.
Wyłącznik zapłonu. włącza i wyłącza układ zapłonowy, rozrusznik, oprzyrządowanie i inne urządzenia.
Wyłącznik zapłonu VK-347 jest zainstalowany w samochodzie (Ryż. 22). Przełącznik posiada zabezpieczenie przed kradzieżą. W korpusie 1 za pomocą pierścienia ustalającego 12 zamocowany jest mechanizm przełączający, który składa się z panelu 11 z zaciskami wtykowymi 13 i stykami 10, krzywki 9 i wirnika 7 z płytkami kontaktowymi 8. Krzywka i wirnik przełącznika są obracane kluczem urządzenia blokującego 3. Pręt blokujący 6 jest uruchamiany, sprężyna 2 wchodzi w rowek wału kierownicy i blokuje wał, gdy klucz jest ustawiony w pozycji «parking», jest usuwany z urządzenia blokującego przełącznika. Lug 5 służy do prawidłowego montażu stacyjki w kolumnie kierownicy.
Ryż. 22. Wyłącznik zapłonu VK-347:
1 - ciało; 2 - wiosna; 3 - urządzenie blokujące; 4 - klucz; 5 - półka montażowa; 6 - pręt blokujący; 7 - wirnik; 8 - płytki kontaktowe; 9 - krzywka; 10 - kontakty; 11 - panel; 12 - pierścień ustalający; 13 - zaciski.
System oświetleniowy zapewnia pracę samochodu w warunkach słabej widoczności (w nocy, we mgle itp.). System obejmuje oświetlenie zewnętrzne i wewnętrzne. System oświetlenia obejmuje: reflektory, światła przednie i tylne, oświetlenie tablicy rejestracyjnej, oświetlenie wnętrza nadwozia, oświetlenie tablicy rozdzielczej i komory silnika, bezpieczniki i wyłączniki.
Reflektory oświetlają drogę przed pojazdem w warunkach słabej widoczności (w nocy, we mgle itp.). Samochód posiada dwureflektorowy system oświetlenia z okrągłymi reflektorami typu FG-140. W nadwoziu znajduje się 5 reflektorów (Ryż. 23) montowany jest uchwyt 6 elementu optycznego 1. Element optyczny reflektora, składający się z odbłyśnika 7, dyfuzora 2 i lampy 9, mocowany jest do uchwytu za pomocą obręczy 3 za pomocą śrub 10. Reflektor jest dwuwłóknowa moc 45 W dla świateł drogowych i 40 W dla świateł mijania. Śruby 4 i 11 umożliwiają zmianę położenia uchwytu 6, a wraz z nim elementu optycznego w płaszczyźnie pionowej i poziomej podczas regulacji reflektorów.
Ryż. 23. Reflektor FG 140:
1 - element optyczny: 2 - dyfuzor; 3 - ramka; 4, 11 - śruby regulacyjne; 5 - ciało; 6 - uchwyt elementu optycznego; 7 - odbłyśnik; 8 - wiosna; 9 - lampa; 10 - śruba.
Światła przednie służą do wskazania wymiarów samochodu, świateł postojowych oraz sygnalizacji świetlnej podczas manewrowania.
Przednia lampa jest dwusekcyjna, prostokątna. W odlewanym korpusie latarni znajdują się dwie żarówki jednowłóknowe. Lampka o mocy 5 W służy do wskazania wymiarów samochodu, a lampka o mocy 21 W do sygnalizacji manewrowania pojazdem. Dyfuzor przedniego klosza plastikowy monolityczny, dwukolorowy. Zewnętrzna część dyfuzora jest koloru pomarańczowego i przeznaczona jest do sygnalizacji podczas manewrowania, natomiast wewnętrzna część jest bezbarwna, mająca na celu wskazanie wymiarów samochodu.
Światła tylne służą do wskazania wymiarów samochodu oraz sygnalizacji świetlnej podczas skręcania, hamowania i cofania.
Tylne światło jest prostokątne. Obudowa światła tylnego ma cztery sekcje zawierające trzy żarówki 21W i jedną żarówkę 5W. Pierwsze trzy to światła stopu, kierunkowskazów i świateł cofania, a ostatnie to światła pozycyjne. Korpus latarni zamknięty dyfuzorem. Dyfuzor plastikowy monolityczny, wielosekcyjny, trójkolorowy. Zewnętrzna część dyfuzora jest koloru pomarańczowego i służy jako sygnał podczas manewrowania autem. Część środkowa jest bezbarwna i służy do sygnalizowania cofania. Pozostałe sekcje dyfuzora są koloru czerwonego i służą do sygnalizacji podczas hamowania oraz wskazywania wymiarów auta.
System alarmowy zapewnia bezpieczeństwo pojazdu. System obejmuje alarmy świetlne i dźwiękowe.
Sygnalizacja świetlna obejmuje przednie, tylne, boczne kierunkowskazy i ich przełącznik, a także sygnały hamowania (sygnał stopu), cofania i ich przełączników. Przednie kierunkowskazy znajdują się w reflektorach pojazdu. Tylne kierunkowskazy, sygnały hamowania i cofania znajdują się w tylnych światłach samochodu. Boczne kierunkowskazy znajdują się na przednich błotnikach karoserii.
Alarmy dźwiękowe obejmują sygnały dźwiękowe. Sygnał dźwiękowy w razie potrzeby powiadamia pieszych i kierowców pojazdów o obecności samochodu. Samochód jest wyposażony w dwa elektryczne wibracyjne, bezgłośne sygnały dźwiękowe: jeden wysoki i drugi niski. Sygnały są dostrojone do akordu harmonicznego i działają jednocześnie. Prąd przepływający przez uzwojenie 8 sygnału (Ryż. 24), magnesuje rdzeń 7, który przyciąga twornik 10 i powoduje odchylenie elastycznej stalowej membrany 1. W tym przypadku twornik działa na elastyczną płytkę 5 i otwiera styki 2. Prąd w uzwojeniu 8 zostaje przerwany, a rdzeń 7 jest rozmagnesowany. Membrana 1 powraca do swojego pierwotnego położenia, a styki 2 zamykają się. Działanie sygnału jest powtarzane przy częstotliwości drgań styków 200–400 Hz. Wibracje powietrza wywołane przez membranę tworzą dźwięk i dyfuzor (rezonator) 3 zapewnia melodyjny dźwięk. Odpowiedni ton i barwa dźwięku zależy od grubości i średnicy membrany, a także średnicy rezonatora. W sygnale o wysokim tonie membrana jest cieńsza niż w sygnale o niskim tonie.
Ryż. 24. Sygnał dźwiękowy:
1 - membrana; 2 - kontakt; 3 - dyfuzor; 4 - pierścień; 5 - płyta; 6 - ciało; 7 - rdzeń; 8 - uzwojenie; 9 - płyta montażowa sygnału; 10 - kotwica.
Oprzyrządowanie przeznaczony do monitorowania stanu i działania poszczególnych układów i mechanizmów samochodu.
Do urządzeń kontrolno-pomiarowych należą: amperomierz mierzący siłę prądów ładowania i rozładowania, wskaźniki poziomu paliwa w zbiorniku, temperatury płynu chłodzącego w układzie chłodzenia oraz ciśnienia oleju w układzie smarowania silnika. Ponadto istnieje szereg lampek kontrolnych: rezerwy paliwa, ciśnienia oleju, naładowania akumulatora, ssania gaźnika, oświetlenia zewnętrznego, kierunkowskazów, świateł drogowych, blokady mechanizmu różnicowego skrzyni rozdzielczej, poziomu płynu hamulcowego i hamulca postojowego. Oprzyrządowanie obejmuje również prędkościomierz, który mierzy prędkość pojazdu i przebytą odległość, oraz obrotomierz, który monitoruje prędkość obrotową silnika.
Dodatkowe wyposażenie, zużywające prąd elektryczny, obejmują: wycieraczki i spryskiwacze przedniej szyby, spryskiwacze i spryskiwacze reflektorów, ogrzewanie i zapalniczkę.
Wycieraczki i spryskiwacze przedniej szyby oczyszczają przednią szybę i reflektory z brudu i opadów atmosferycznych. Nagrzewnica ogrzewa wnętrze karoserii w chłodne dni, a także nadmuchuje wewnętrzną powierzchnię przedniej szyby w celu ochrony szyby przed zaparowaniem i zamarznięciem.